Контроль изоляции в сетях с изолированной нейтралью

А.2.3 Классификация электрических сетей по способу заземления нейтралей. Сети с изолированной нейтралью. Контроль изоляции в сети с изолированной нейтралью

Способы заземления нейтралей

Нейтралями электроустановок называют общие точки обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду.

Вид связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в зна­чительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их ограниченияи т. д. В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы: 1) сети с незаземлепныминейтралями; 2) сети с резонансно-заземленными нейтралями; 3) сети с эффективно-заземленными нейтралями; 4) сети с глухозаземленныминейтралями.

а) Трехфазные сети с незаземленными нейтралями

В нормальном режиме работы напряжение фаз сети относительно земли симметричны и равны фазному напряжению, а ёмкостные токи фаз относительно земли также симметричны и равны между собой. Емкостный ток фазы: .C – емкость фазы относительно земли. Геометрическая сумма емкостных токов трёх фаз равна нулю.

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в раз и становятся равными междуфазному напряжению. Емкостные токи неповреждённых фаз также увеличиваются в раз. Ток повреждённой фазы будет равен нулю, так как эта ёмкость является закороченной. Геометрическая сумма векторов ёмкостных токов неповреждённых фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток Ic оказывается в 3 раза больше, чем ёмкостный ток фазы в нормальном режиме: .Ic зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли

В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз – больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю.

При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

б) Трехфазные сети с резонансно-заземленными нейтралями

Для компенсации емкостного тока на землю внейтраль генераторов или трансформаторов включают дугогасящие реакторы, индуктивное сопротивление которых соответствует емкостному сопротивлению сети: . При замыкании на фазы на землю в месте повреждения протекают токи и , сдвинутые на 180° друг относительно друга , следовательно, результирующий ток будет недостаточен для поддержания дуги, и она не возникнет. Изоляция не будет подвергаться опасным перенапряжениям, приводящим к КЗ и отключению линий. Настроить дугогасящий реактор можно в резонанс (когда ), в режим недокомпенсации (когда ) и в режим перекомпенсации (когда ). Желательна настройка в резонанс.

в) Трехфазные сети с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями

Глухое заземление нейтрали применяется в сетях до 1кВ. При этом все нейтрали источников питания соединяются с землей.

В сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе способа заземления нейтралей является фактор стоимости изоляции. Здесь при­меняется эффективное заземление нейтралей, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах равно примерно 0,8 междуфазного напряжения в нормальном режима работы. Это основное, достоинство такого способа заземления нейтралей.

Недостатком режима заземленной нейтрали является то, что замыкание фазы на землю является коротким замыканием и требует немедленного отключения. Значительная часть однофазных замыканий в сетях 110 кВ и выше при снятии напряжения самоустраняется, поэтому автоматическое повторное включение (АПВ) восстанавливает питание потребителей.

Контроль изоляции

В сетях с изолированной нейтралью контроль состояния изоляции легко осуществить с помощью трех вольтметров. Вольтметры подключаются к зажимам основной вторичной обмотки трехфазного трехобмоточноготрансфрматора напряжения серии НТМИ. Для этой же цели могут использоваться и однофазные трансформаторы напряжения (рис. 1).

При нарушении изоляции фазы (замыкании ее на землю) показание вольтметра на этой фазе снизится, а показания вольтметров на двух других неповрежденных фазах возрастут. При металлическом замыкании на землю вольтметр поврежденной фазы покажет нуль, а на других фазах напряжение возрастет в 1,73 раз и вольтметры покажут линейные напряжения.

О нарушении изоляции фазы оперативный персонал подстанции может узнать и по работе сигнальных устройств. В качестве сигнального устройства применяется реле контроля изоляции Н, которое подключается к выводам дополнительной вторичной обмотки трансформатора. При замыкании на землю на зажимах этой обмотки возникает напряжение нулевой последовательности 3U0, реле Н срабатывает и подает сигнал.

Контроль изоляции. Обнаружение ее повреждений.

Режим работы электрической сети, изолированной от земли (режим изолированной нейтрали, IT-системы), широко применяется в электроустановках, требующих повышенной надежности энергоснабжения, и особо ­опасных по условиям электропоражения.

К таким электроустановкам относятся системы энергоснабжения:

– медицинских учреждений, больниц, судов;

– железнодорожных предприятий;

– предприятий горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, химической промышленности;

– испытательного, лабораторного, взрывоопасного производства и др.

В электрических сетях и электроустановках, изолированных от земли, условия электробезопасности и надежности энергоснабжения в значитель­ной мере определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емко­стью относительно земли.

Для обеспечения требуемого уровня сопротив­ления изоляции в электрической сети или конкретной электроустановке правила предписывают ведение непрерывного автоматического контроля (мониторинга) сопротивления изоляции, осуществляемого устройствами контроля изоляции.

В IT-сетях условия электробезопасности обеспечиваются высоким сопротивлением изоляции относительно земли, однако при необходимости обеспечения высокой степени безопасности вполне оправдано применение УЗО.

Функции устройства контроля изоляции заключаются в измерении сопротивления изоляции сетей под рабочим напряжением и при включенных токоприемниках, оценке результатов измерения путем сравнения с устав­кой, задаваемой, как правило, по условиям электробезопасности, и, в слу­чае необходимости, включении сигнализации или воздействии на отклю­чающий аппарат.

Таким образом, устройство контроля изоляции осуществляет «защиту человека изоляцией цепей электроустановки» путем ведения непрерывно­го измерения сопротивления изоляции с целью поддержания его значения на уровне, обеспечивающем условия электробезопасности.

Вышеизложенное означает, что контроль изоляции является, необходи­мым, но не достаточным условием обеспечения условий электробезопас­ности.

Достаточными условиями могут быть: поддержание сопротивления изоляции на уровне выше критического, защитное отключение и т.п.

По назначению устройства контроля изоляции можно разделить на группы:

А − устройства автоматического (непрерывного) контроля сопротивле­ния изоляции сети или установки относительно земли;

Б − инспекторские приборы для периодических контрольных измере­ний сопротивления изоляции в рабочем режиме сети;

В − устройства селективного обнаружения в разветвленных электриче­ских сетях присоединения (фидера) с пониженным сопротивлением изоляции.

В настоящее время в России и за рубежом выпускаются устройства контроля изоляции, отличающиеся друг от друга принципом действия, конструктивными решениями, областью применения, надежностью работы.

Лидирующее положение в области разработки и производства устройств контроля изоляции занимает герман­ская фирма «Walter Bender GmbH», имеющая филиалы и дочерние фирмы во многих странах мира − США, Бразилии, Франции, и др.

Программа производства данной фирмы включает в себя устройства контроля изоляции для сетей переменного тока напряжением до 690 В, се­тей постоянного тока до 500 В, смешанных (переменного и постоянного тока), отключенных (включаемых периодически), устройства поиска по­врежденных присоединений (фидеров) в разветвленных сетях переменного тока напряжением до 10 кВ и постоянного тока до 690 В и др.

Особое место в программе занимают установки резервированного электроснабжения медицинских учреждений, например, операционных и помещений экстремальной терапии (мощностью до 8кВА).

Главными элементами такой установки являются разделительный трансформатор с устройствами контроля перегрузки, температуры и сопротивления изоляции самого трансформатора, система автоматического включения резерва – АВР, система контроля изоляции электроустановки ответственного потребителя.

Следует отметить, к разделительному трансформатору предъявляются чрезвычайно высокие технические требования по сопротивлению изоляции между первичной и вторичной обмотками, по нагреву, по значению пускового тока, по исполнению и т.д.

Основным отличием от известных устройств системы электроснабжения медицинских учреждений фирмы «W. Bender GmbH» является ее высокая надежность, достигаемая за счет ведения постоянного автоматического контроля сопротивления изоляции электроустановки, анализа тенденций его изменений и предупредительной сигнализации в случае установления факта устойчивого снижения сопротивления изоляции.

Российское предприятие ГП ОПЗ МЭИ освоило производство по лицензии фирмы «W. Bender GmbH» устройства автоматического контроля изоляции «АСТРО-ИЗО-470» (рис.10.1).

Рис. 10.1. Внешний вид устройства контроля изоляции АСТРО*ИЗО

АСТРО*ИЗО-470 предназначено для ведения непрерывного автоматического контроля (мониторинга) сопротивления изоляции относительно земли одно- и трехфазных электроустановок с системой заземления типа IT (режим изолированной нейтрали) и имеет высокие технические параметры (таблица 10.1).

АСТРО*ИЗО-470 выполняет следующие функции:

− наложение на контролируемую сеть оперативного тока;

− непрерывное измерение текущего значения оперативного тока;

− обработка результатов измерения электронным устройством на базе микропроцессора и сопоставление их с задаваемой уставкой;

− индикация значения сопротивления изоляции относительно земли контролируемой электроустановки;

− включение сигнала тревоги в случае снижения сопротивления изоляции ниже заданного значения (уставки).

Габаритные размеры АСТРО*ИЗО приведены на рис. 10.2, схемы подключения в различных типах сетей – на рис. 10.3, подключение питания и внешних устройств – на рис. 10.4.

Таблица 10.1

Наименование

Номинальное значение

1

Напряжение контролируемой сети, В

до 690

2

Частота контролируемой сети, Гц

50 — 400

3

Напряжение питания, В

230 ± 20%

4

Напряжение оперативного тока, В

40

5

Оперативный ток, не более, мкА

200

6

Собственное потребление, ВА

3

7

Внутреннее сопротивление (омическое), кОм

200

8

Внутреннее сопротивление (полное, 50 Гц), кОм

180

9

Максимально допустимое напряжение постоянного тока в контролируемой цепи, В

800

10

Уставка (регулируемая ), кОм

1 — 200

11

Время срабатывания (при емкости контролируемой сети не более 1 мкФ), с

1 — 3

12

Максимально допустимая емкость контролируемой цепи, мкФ

20

13

Ток в цепи внешнего измерительного прибора

(Rвн. = 120 кОм), мкА

0 — 400

14

Исполнительные контакты

1-разм.,1-замык.

15

Напряжение, коммутируемое исполнительными контактами, В

– переменный ток

– постоянный ток

250

300

16

Максимальный коммутируемый ток, А

– переменный ток 230 В, cos j = 0,4

– постоянный ток 220 В, t = 0,04 с

0,2

17

Класс защиты

IP 30

18

Диапазон рабочих температур, °С

–10 ÷ 55

Рис. 10.2. Габаритные размеры АСТРО*ИЗО

Монтаж, подключение и пуск в эксплуатацию устройства должны осуществляться только квалифицированным электротехническим персоналом.

Устройство крепится с помощью защелки на стандартную ДИН − рейку 35 мм.

Рекомендуется ежемесячно проверять работоспособность устройства.

Проверка осуществляется нажатием кнопки «ТЕСТ».

Зажигание сигнального индикатора «ТРЕВОГА» означает, что устройство исправно.

Сигнал тревоги снимается повторным нажатием кнопки «ТЕСТ».

Рис. 10.3. Подключение АСТРО*ИЗО в различных типах сетей

Рис. 10.4. Подключение питания и внешних устройств АСТРО*ИЗО

Применение устройств контроля изоляции регламентируется ПУЭ (изд.6) п.1.6.12: «В сетях переменного тока выше 1кВ с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью, в сетях переменного тока до 1 кВ с изолированной нейтралью и в сетях постоянного тока с изолированными полюсами или с изолированной средней точкой, как правило, должен выполнятся автоматический контроль изоляции, действующий на сигнал при снижении сопротивления изоляции одной из фаз (или полюса) ниже заданного значения, с последующим контролем асимметрии напряжения при помощи показывающего прибора (с переключением)».

В ПУЭ 7-го издания в п. 1.7.166. предписывается обязательное применение контроля изоляции в передвижных электроустановках:

«Автономные передвижные источники питания с изолированной нейтралью должны иметь устройство непрерывного контроля сопротивления изоляции относительно корпуса (земли) со световым и звуковым сигналами. Должна быть обеспечена возможность проверки исправности устройства контроля изоляции и его отключения».

Выбор уставки устройств автоматического контроля сопротивления изоляции осуществляют по условиям электробезопасности или по устойчивому среднему уровню сопротивления изоляции сети относительно земли.

Одним из наиболее трудоемких и сложных мероприятий в практике эксплуатации сетей, изолированных от земли, переменного и постоянного тока (IT) является выявление фидера (присоединения), в котором произошло замыкание на землю или унизилось до недопустимого уровня сопротивление изоляции.

Существует класс приборов – RCM − residual current monitor − устройство контроля дифференциаль­ного тока по классификации МЭК (см. табл. 4.1.).

Эти приборы обеспечивают селективный контроль изоляции. По исполнению они могут быть стационарными, с центральным блоком управления и опроса токовых датчиков, установленных на присоединениях, и пе­реносными, в виде токоискательных клещей, позволяющими оператору проследить всю трассу возникшей утечки тока на землю.

Селективным (избирательным) принято называть действие защитного устройства, обеспечивающее отключение только поврежденного участка сети или элемента электрооборудования посредством ближайших к нему выключателей. Алгоритм селективного отключения присоединений дол­жен быть составлен с учетом конфигурации сетей, их разветвленности, ка­тегории электроснабжения и т.д.

Принцип селективности действия электрозащитного устройства может быть сформулирован в виде двух условий − необходимого и достаточного.

Необходимым (но не достаточным) условием селективности действия устройства является наличие у каждого контролируемого объекта (электрической цепи) датчика, контролирующего сопротивление его изоляции.

Достаточным условием обеспечения селективности является выбор оптимального алгоритма опроса датчиков и команд на отключение аппаратов.

В качестве примера устройства поиска поврежденного присоединения в разветвленных сетях переменного тока напряжением до 10 кВ с система­ми заземления TN или IT можно привести прибор RCMS-470 производства вышеупомянутой фирмы «W.Bender», позволяющий вести постоянный кон­троль токов утечки в 12 фидерах одновременно. Для каждого из фидеров может быть задана соответствующая уставка по дифференциальному току. Выходной сигнал с прибора может быть подан либо на устройства сигна­лизации, либо на исполнительные устройства − выключатели.

В заключение следует отметить, что в последнее время стала очевидной тенденция широкого применения сетей типа IT в комплексе с устройством контроля изоляции и в электроустановках бытового назначения – с целью достижения максимально возможной надежности и электробезопасности электроснабжения.

Поставщики низковольтной аппаратуры
Производители низковольтной аппаратуры
Предложения компаний по поставке низковольтной аппаратуры
Форум по применению низковольтной аппаратуры
Госты. Изоляторы.
Госты. Аппараты низковольтные.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *