Патент на изобретение №2271016

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

(57) Реферат:

Способ относится к электротехнике и может быть использован в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа за счет измерения дополнительных параметров сети. Сущность изобретения: измеряют напряжения, токи и фазы вторичной обмотки трансформатора напряжения, значение тока в нейтрали силового трансформатора, а также фазу этого тока относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения. Все измерения проводятся на повышенной по сравнению с промышленной частоте сигнала. Комплексы полных проводимостей изоляции фаз относительно земли определяют по соответствующим выражениям. 3 ил.

Способ относится к электротехнике и может быть использован в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ.

Известен способ определения параметров изоляции фаз сети с изолированной нейтралью, включающий подачу напряжения от независимого источника питания, включенного последовательно с токоограничивающим элементом между землей и фильтром напряжения нулевой последовательности (ФННП), а также регистрацию значения токов в каждой ветви ФННП и фазы этих токов относительно напряжения источника питания с последующим определением полных сопротивлений изоляции фаз по известным выражениям (см. а.с. № 1780044, МКИ G 01 R 27/18. – Опубл. бюл. № 45, 1992).

Недостатком этого способа является невозможность его применения для определения параметров изоляции фаз относительно земли в сети с глухозаземленной нейтралью.

Технический результат изобретения – расширение функциональных возможностей способа за счет измерения дополнительных параметров сети.

Данный результат достигается тем, что в способе определения параметров изоляции сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ, включающем измерение напряжения, а также токов и фаз вторичной обмотки трансформатора напряжения, при этом вторичная обмотка соединена в звезду и подключена к сети, нулевая точка звезды заземлена через токоограничивающий элемент, а первичная обмотка подключена к генератору сигнала повышенной частоты, дополнительно измеряют значение тока в нейтрали силового трансформатора, а также фазу этого тока относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения и комплексы полных проводимостей изоляции фаз относительно земли определяют по выражениям:

где Ya, Yb, Yc – комплексы полных проводимостей изоляции фаз А, В, С сети соответственно, См;

Е – напряжение на выводах вторичной обмотки дополнительного трансформатора напряжения (начальная фаза полагается равной нулю), В;

Y0 – комплекс полной проводимости токоограничивающего элемента, См;

Ia, Ib, Ic – величины токов во вторичной обмотке дополнительного трансформатора напряжения, А.

Величина Yэ определяется из выражения:

где Y_N – комплекс проводимости заземления нейтрали силового трансформатора, См;

Y_T – комплекс проводимости обмоток силового трансформатора, См.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения параметров изоляции сети с глухозаземленной нейтралью помимо измерения напряжения, а также токов и фаз вторичной обмотки трансформатора напряжения дополнительно измеряют значение тока в нейтрали силового трансформатора, а также фазу этого тока относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения, при этом все измерения проводятся на повышенной по сравнению с промышленной частоте сигнала.

Измерение значения тока в нейтрали силового трансформатора, а также его фазы относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения позволяет учесть долю тока, протекающего через нейтраль силового трансформатора, что делает способ применимым в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Применение сигнала повышенной частоты для измерения параметров изоляции позволяет снизить влияние сторонних помех на промышленной частоте и уменьшить долю тока, протекающего через силовой трансформатор, а следовательно, повысить точность измерений.

На фиг.1 показано устройство для реализации способа определения параметров изоляции сети с глухозаземленной нейтралью.

Устройство содержит силовой трансформатор 1, заземление нейтрали силового трансформатора R, трансформатор напряжения 2, токоограничивающий элемент 3 с параметрами Z0, генератор сигнала повышенной частоты 4, трансформаторы тока 5-8, полосовые фильтры 9-12, вольтметр 13, миллиамперметры 14-17, фазометры 18-21. Также на фиг.1 показаны активные Ra, Rb, Rc и емкостные Ха, Xb, Хс составляющие сопротивления изоляции фаз относительно земли.

Способ реализуется следующим образом на примере работы устройства.

Сигнал повышенной частоты от генератора 4 подается в сеть через трансформатор напряжения 2, вторичные обмотки которого подключены к фазам контролируемой сети, а их нулевая точка заземлена через токоограничивающий элемент 3. На первичную обмотку трансформатора напряжения нагружен генератор сигнала 4. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 2 измеряется вольтметром 13. Токи во вторичных обмотках дополнительного трансформатора измеряются при помощи трансформаторов тока 5-8, нагруженных на амперметры 14-17 через полосовые фильтры 9-12, служащие для выделения сигнала повышенной частоты. Также измеряется ток на повышенной частоте в нейтрали силового трансформатора 1. Кроме того, в схему введены фазометры 18-21 для измерения сдвига фаз между токами во вторичных обмотках трансформатора 2 (а также в нейтрали трансформатора 1) и напряжением на вторичной обмотке трансформатора 2.

Параметры изоляции относительно земли принимаются сосредоточенными, продольные активные и индуктивные сопротивления фазных проводников не учитываются, междуфазные активные и емкостные сопротивления имеют бесконечно большую величину.

Расчетная схема замещения данной сети, показанной на фиг.1, для токов непромышленной частоты представлена на фиг.2. С учетом того, что из-за введения полосовых фильтров токи в сети измеряются только на частоте оперативного сигнала, фазные ЭДС на частоте 50 Гц в схеме не учитываются. Обмотки силового трансформатора представляются в виде комплексных сопротивлений Zt1, Zt2, Zt3. Вторичные обмотки дополнительного трансформатора представлены в виде сопротивлений Z1, Z2, Z3 и ЭДС E1, E2, Е3. Сопротивление нейтрали силового трансформатора принимаем активным и равным R.

Для дальнейших расчетов схема преобразуется с учетом следующих допущений:

– ЭДС Е1, E2, Е3 равны между собой по фазе и амплитуде, то есть Е1=E2=Е3=Е=Ег/Кт (Ег – ЭДС генератора оперативного сигнала, Кт – коэффициент трансформации дополнительного трансформатора);

– сопротивления Zt1=Zt2=Zt3=Zt;

– сопротивления Z1, Z2, Z3 принимаются по величине много меньше сопротивлений Zt и Za, Zb, Zc и, соответственно, не учитываются.

Упрощенная расчетная схема показана на фиг.3.

Система уравнений для потенциалов точек 1 и 3 имеет вид:

где

Из данной системы:

Точки Ia, Ib, Ic определяются как:

Сумму Y_T+G можно обозначить за Y_N. Тогда с учетом того, что токи Ia, Ib, Ic известны из результатов измерений после преобразований выражений получим систему из трех уравнений с тремя неизвестными относительно величин Ya, Yb, Yc:

Решив систему, получим:

где

Зная комплексы полных проводимостей изоляции, можно определить активные и емкостные сопротивления изоляции фаз относительно земли:

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет производить процесс измерения параметров изоляции в сетях с глухозаземленной нейтралью, что способствует повышению уровня электробезопасности при эксплуатации данного вида сетей.

Формула изобретения

Способ определения параметров изоляции сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ, включающий измерение напряжения, а также токов и фаз вторичной обмотки трансформатора напряжения, при этом вторичная обмотка соединена в звезду и подключена к сети, нулевая точка звезды заземлена через токоограничивающий элемент, а первичная обмотка подключена к генератору сигнала повышенной частоты, отличающийся тем, что дополнительно измеряют значение тока в нейтрали силового трансформатора, а также фазу этого тока относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения и комплексы полных проводимостей изоляции фаз относительно земли определяют по выражениям

где Ya, Yb, Yc – комплексы полных проводимостей изоляции фаз, А, В, С сети соответственно, См;

Е – напряжение на выводах вторичной обмотки дополнительного трансформатора напряжения (начальная фаза полагается равной нулю), В;

Y0 – комплекс полной проводимости токоограничивающего элемента, См;

Ia, Ib, Ic – величины токов во вторичной обмотке дополнительного трансформатора напряжения, А.

РИСУНКИ