Компенсация емкостных токов

В кабельных и разветвленных воздушных сетях емкость проводов относительно земли значительна. Напр., емкость одной фазы кабеля напряжением 1000 В по отношению к свинцовой оболочке (земле) составляет 1 мкФ на 1 км длины кабеля:

Сечение провода, кв.мм ………. 10 25 50 150 240

Емкость, мкФ/км………………..0,15 0,19 0,33 0,37 0,45

проводимость будет равна j C, и Iчел = 3Uф/ . С увеличением емкости фаз относительно земли ток поражения возрастает (рис. , кривая 1.).

Пример.Человек прикасается к корпусу электродвигателя с поврежденной изоляцией. Емкость жил питающего кабеля относительно земли = 0,2 мкФ/км, длина сети l=1 км, Rчел=1000 Ом, номинальное напряжение Uл=380

В. Активное сопротивление жил кабеля весьма велико, поэтому активной проводимостью изоляции кабеля можно пренебречь. Ток, проходящий через

тело человека Iчел = 3*220/ где

С= *l=0,2*10 Ф. Этот ток опасен.

Если протяженность сети будет составлять 10 км, то Iчел = 3*220/

= 0,19 А=190 мА, т.е ток увеличивается почти в 5 раз и будет смертельно опасным.

Емкостный ток однофазного замыкания на землю компенсируют индуктивной катушкой, включаемой между нулевой точкой источника питания и землей (рис. ). Результирующий ток в месте замыкания равен сумме активной, емкостной и индуктивной составляющих. Когда индуктивность катушки настроена в резонанс с емкостью, индуктивная составляющая тока отстает от емкостной на 180 градусов. Практически они находятся в противофазе и взаимно исключаются.

Векторные диаграммы для трех случаев приведены на рис. (а-в):

идеальная компенсация IL=Ic, результирующий ток равен только активной составляющей: недокомпенсация IL<Ic, индуктивный ток IL меньше емкостного Ic; перекомпенсация IL>Ic, индуктивный ток больше емкостного.

Значение тока, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к фазе сети с полной компенсацией, значительно меньше, чем в сети без

компенсации емкостной составляющей тока замыкания (кривая 2). Этот ток определяют по формуле (в случае полной компенсации):

Iчел=(Uф/Rчел)*[(gк+3gиз)/( gк+3gиз + gчел)] , где 3gиз – суммарная активная проводимость изоляции (gиз = 1/Rиз), gчел = 1/Rчел – проводимость тела человека, gк – проводимость компенсирующего устройства gк = Rка/[R ка + ( Lк) ], где Rка и Lк –активное и индуктивное сопротивления компенсирующего устройства; Lк 1/(3 С) в случае полной компенсации (без учета активных сопротивлений компенсирующего устройства и рабочего заземления); 1/(3 С) – емкостное сопротивление изоляции.

Индуктивный ток регулируют изменением числа витков компен-сирующей катушки или изменением индуктивности катушки подмагни-чивающим током, который, в свою очередь, меняется автоматически в зависимости от емкости проводов относительно земли.

Пример.Ток, проходящий через тело человека при однофазном прикосновении в сети без компенсации, достигает смертельно опасного значения 190 мА. Как изменится этот ток, если включить компенсирующее устройство с активным сопротивлением дросселя 25 Ом ( см рисунки выше).

Емкость одной жилы кабеля С=2 мкФ, Rиз , компенсация - полная.

Ток, проходящий через тело человека при полной компенсации составляет: Iчел =( 220/1000)*[(10 +0)/( 10 +0 + 10 )] = 0,02 А=20 мА.

Проводимость компенсирующего устройства определяется по формуле:

gк = 25/[25 + (1/3*2 *50*2*10 ) ] = 10 Cм.

Активной проводимостью жил кабеля можно пренебречь: gиз 0; проводимость тела человека 0,001 См. Т.о., с помощью устройства компенсации ток поражения значительно уменьшен: с 190 до 20 мА.

7. Контроль изоляции электроустановок

Задача профилактики изоляции.Профилактикой изоляции наз. система мероприятий, направленных на обеспечение ее надежной работы.

Необходимо исключить механические повреждения, увлажнение, хим воздействие, запыление, перегревы. Даже в нормальных условиях изоляция постепенно теряет свои первоначальные свойства, стареет. С течением времени развиваются местные дефекты. Сопр. изол. начинает резко уменьшаться, а ток утечки непропорционально растет. В месте дефектов появляются частичные разряды тока. Изоляция выгорает. Происходит пробой изоляции, в результате возникает КЗ, которое может привести к пожару или поражению людей током.

Чтобы поддержать диэл. свойства изоляции, необходимо систематиче- ски выполнять профилактические испытания, осмотры, удалять непригодную изоляцию и заменять ее.

Измерение мегаомметром.Периодически в установленные сроки проверяют соответствие сопротивления изоляции норме.

При обнаружении дефектов изоляции, а также после монтажа сети или ее ремонта на отдельных участках отключенной сети между каждым проводом и землей или между проводами разных фаз проводят измерения. При этом в силовых цепях отключают электроприемники, аппараты, приборы; в осветительных – вывинчивают лампы, а штепсельные розетки, выключатели и групповые щитки оставляют присоединенными.

Перед началом измерения необходимо убедиться в том, что на исследуемом участке сети (между двумя предохранителями или за последним предохранителем) или оборудовании никто ьне работает и оно отключено со всех сторон. Кабели, электрические машины, шины, воздушные линии (ВЛ), конденсаторы «разряжают на землю», т.е. касаются заземленным проводом токопроводящих частей каждой фазы, снимая остаточный емкостный заряд. Значение измеренного сопротивление должно быть не менее нормы, указанной в ПУЭ.

Для измерения используют прибор – мегаомметр на напряжения 500, 1000, 2500 В с пределами измерения 0-100, 0-1000, 0-10000 Мом. Прибор имеет три зажима: Л – линия, З (земля), Э (экран). Если сопротивление изоляции измеряют относительно земли, зажимы Л и З присоединяют соответственно к объекту – заземлителю заземленной им части, затем – к проводу (рис а). При замере сопротивления изоляции между фазами (рис. б) оба зажима присоединяют к этим фазам В тех случаях, когда результат испытаний может быть искажен поверхностными токами по изоляции, на нее накладывают охранный электрод, который присоединяют к зажиму Э.

Схема измерения сопротивления изоляции жил кабеля мегаомметром между проводом и землей (а) и между проводами двух фаз (б)

Измерения на отдельных участках не позволяют судить об исправности изоляции всей сети, в том числе и потребителей тока. Для этого измеряют сопротивление изоляции всей сети, включая источник и потребителей тока.

Результат измерения сравнивают с предыдущим. Если результаты ряда измерений совпадают, значит, изоляция исправна; резкое изменение сопротивления изоляции по сравнению с предыдущим измерением указывает на появление в ней дефектов. В электроустановках напряжением до 1000 В эти измерения производят под рабочим напряжением (рис.а) Сопротивления изоляции фаз параллельны, поэтому прибор покажет их эквивалентное сопротивление (рис. б). Достоинством способа является то, что измеренное

сопротивление изоляции соответствует ее действительному состоянию под рабочим напряжением.

Испытание изоляции повышенным напряжением.Этот метод наи-более эффективен для выявления местных дефектов изоляции и определения ее прочности, т.е. способности длительно выдерживать рабочее напряжение.

Электрические машины и аппараты испытывают током промышленной частоты, как правило, в течение 1 мин. Дальнейшее воздействие тока может повлиять на качество изоляции. Значение испытательного напряжения нормируется в зависимости от номинального напряжения Uном эл установки и вида изоляции. Так, обмотку статоров эл двигателей мощностью Р<40 кВт номинальным напряжением до 400 В испытывают повышенным напряжением 1ё000 В. Если же мощность двигателя Р 40 кВт, испытательное напряжение Uисп равно следующим значениям:

Uном В……… 400 и менее 500 660 2000 3000 6000 10000

Uисп В ……… 1000 1500 1700 4000 5000 10000 16000

Электрозащитные средства (штанги, клещи) испытывают переменным током в течение 5 мин.

Кабели, имеющие большую емкость, испытывают выпрямленным током в течение 5-10 мин; испытательное напряжение для кабелей должно превышать номинальное рабочее напряжение в 5-6 раз при Uном= 2 35 кВ и в 2-2,5 раза при Uном = 110 220 кВ.

Силовые конденсаторы испытывают перем. током в течение 1 мин. Значение испытательного напряжения при испытании на корпус составляет:

Uном В……… 320-500 660 3150 6300 10000

Uисп В ……… 2100 5100 5100 15300 21300

Изоляция аппаратов, вторичных цепей и электропроводок напряжением до 1000 В испытывают напряжением Uисп=1000 В в течение 1 мин.

Испытание изоляции повышенным напряжением производят при капитальных и текущих ремонтах эл. оборудования (эл. двигатели испытывают непосредственно после поступления в ремонт и перед вводом в работу после ремонта), а также в том случае, когда во время работы обнаружен дефект.

Непрерывный контроль.Контроль изоляции без отключения рабочего напряжения наз. непрерывным.

Непр. контроль состояния изоляции позволяет выявить повреждения и дефекты, не обнаруженные во время профилактических испытаний, предотвратить искрообразование в местах нарушения изоляции или в контактах. В сетях с изолированной нейтралью предотвращает замыкание на землю, в сетях с заземленной нейтралью – аварийные отключения оборудования, наносящие ущерб потребителям.

Наиболее простым является контроль изоляции вольтметрами. В уст. напряжением до 1000 В вольтметры подключают непосредственно к фазам, в уст. выше 1000 В – через измерительный трансформатор (рис.). Если изоляция всех фаз имеет одинаковое сопротивление относительно земли, каждый из вольтметров показывает фазное напряжение. Если сопротивление изоляции одной из фаз резко уменьшится, вольтметр, подключенный к этой фазе, покажет сниженное напряжение, а два другие вольтметра -увеличенное.

При замыкании на землю фазы А подключенный к ней вольтметр покажет нуль (Va=0), а вольтметры, подключенные к фазам В и С – линейное напряжение.

К схемам контроля изоляции предъявляются следующие требования: входной сигнал (напр., напряжения фаз относительно земли) должен зависеть только от активного сопротивления изоляции; входное сопротивление схемы должно быть достаточно высоким для того, чтобы не снижать сопротивление между фазами и землей; для этого используют электростатические вольтметры с большим внутренним сопротивлением; схема должна реагировать на симметричные и несимметричные изменения сопротивления фаз относительно земли; схема должна содержать устройство сигнализации о предельно допустимом сопротивлении изоляции фаз.

Недостаток рассмотренной схемы состоит в том, что при симметричном снижении сопр. изоляции всех фаз вольтметры не будут реагировать. Поэтому используют более чувствительные автоматические приборы непрерывного контроля изоляции.

Под автоматическим контролем изоляции понимают непрерывное измерение сопр. изоляции эл. установки в рабочем режиме сети (т.е. под рабочим напряжением и при включенных токоприемниках); сравнение результатов измерения с заданным значением сопр. изоляции Rиз и в случае снижения этого сопротивление – выработки звукового, светового или телесигнала.

Рассмотрим прибор МКН 380 завода «Мегаомметр» для непрерывного контроля изоляции сетей перем. тока 50 Гц и напряжением до 380 В. Работа прибора основана на принципе наложения на контролируемую сеть постоянного оперативного тока, источником которого служат обмотка

В качестве измерительного прибора используют логометр магнитоэлектрической системы, одна рамка которого включена в цепь измерительного оперативного тока, а вторая – противодействующая – в

цепь трансформатора напряжения.

В приборе ПКИ (рис.б) использован также принцип наложения постоянного оперативного тока на переменный рабочий. Постоянный ток получают от сети понижающим тр-ром TV и выпрямителем. От выпрямителя ток проходит по фазным проводам через пути утечки в изоляции фаз, заземление и поступает в измерительную цепь – омметр и обмотку реле утечки KV . Для ограничения тока в измерительной цепи служат резистор R1 и дроссель L.

Прибор работает следующим образом. Пока сопр. изол. Rиз не ниже нормы, ток в измерительной цепи незначителен; омметр Р показывает сопр. изол. в килоомах. При снижении сопр. изол. ниже 15-20 кОм ток в измерительной цепи возрастает, срабатывает реле KV и включает контр-сигнальное устройство, которое подает сигнал о снижении сопр. изол. ниже установленной нормы. Оперативный персонал отыскивает поврежденный участок сети и отключает его.