Сопротивление петли фаза-нуль

Полное сопротивление петли фаза – нуль состоит из активных и реактивных сопротивлений:

1. питающего трансформатора и других последовательно включенных аппаратов

2. фазного провода сети

3. сети зануления, а также сопротивления в месте замыкания, в контактах аппаратов.

Оно зависит еще от:

1. от конструктивного выполнения сети (кабель, ЛЭП)

2. от взаимного расположения фазного и нулевого проводников

3. от материала, длины и температуры, размера и их сечения.

4. от наличия в цепи других токопроводящих частей, снижающих ее сопротивление.

Формула для определения тока замыкания:

I_з = U_др/ (Z_п + Z_тр/3),

где Z_тр – сопротивоение трансaорматора.

При мощности трансформатора выше 500 кВ·А сопротивлением трансформатора пренебрегают, тогда I_з = U_ф/ Z_n. Чем меньше мощность трансформатора, чем меньше сопротивление линии, тем больше влияние Z_тр. Уменьшение длины линии всегда снижает сопротивление петли фаза – нуль.

При замыкании на выводах трансформатора длина линии и ее сопротивление равны нулю, ток замыкания определит Z_тр, ток замыкания будет иметь максимальное значение.

Для кратковременности аварийного режима необходимо обеспечить такое сопротивление петли фаза – нуль, чтобы ток расплавил вставку, т.е. чтобы ток замыкания отвечал условию Yз кYн.

К = 1, 5 при защите автоматами.

К = 3 при защите плавкой вставкой.

Если следовать этому, то сечение фазного провода меньше, чем у нулевого. Этот путь связан с затратой металла.

ПУЭУ предусматривает обязательным условие 0, 5Rф = Rн.

Выполнение этого условия обеспечивает надежное отключение, т.к. в цепях имеется оборудование, которое выравнивает потенциал и снижает сопротивление петли фаза – нуль. Столь благоприятные условия имеются не во всех производственных помещениях.

В удаленных от подстанции пунктах при недостаточной проводимости сети может иметь место замедленное отключение. Оно усугубляется загрублением защиты, часто встречающимся в практике.

4.ИЗОЛЯЦИЯ – ОСНОВНОЕ СРЕДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Профилактические испытания изоляции электрооборудования

Эксплуатация оборудования ДУ предполагает оперативную работу (включение, вывод в ремонт оборудования, наблюдение за его режимами во включенном состоянии): мероприятия по текущей эксплуатации, осмотры, профилактические испытания, ремонты. При работе оборудования его изоляция подвергается тепловым, механическим и электрическим воздействиям: влажные загрязнения поверхности изоляции могут вызвать перекрытия электрической дугой; вибрации вызывают местные разрушения; под воздействием нагрева снижается механическая прочность, происходит расслоение изоляции, появляются воздушные включения, снижающие диэлектрическую прочность изоляции.

Сопротивление изоляции зависит, прежде всего, от температуры и напряженности электрического поля. С повышением температуры сопротивление изоляции возрастает по экспоненциальному закону, с увеличением приложенного напряжения сопротивление изоляции уменьшается.

Основными причинами старения изоляции являются: постоянное увлажнение; нагрев токами нагрузки, пусковыми токами и токами короткого замыкания; случайные перенапряжения; постоянное воздействие электрических полей, вызывающее ионизацию газовых включений в изоляции; механические воздействия выявления дефектов изоляции применяют профилактические испытания, поскольку осмотры не позволяют выявить внутренние и значительную часть внешних дефектов.

На рис. 1.4. приведена элементарная схема замещения изоляции элемента электрической цепи, состоящая из трех ветвей: ветви, определяющей геометрическую емкость конструкции изоляции; ветви, содержащей емкость С, сопротивление R и характеризующей степень неоднородности материала, наличие расслоений, увлажнения, загрязнения; ветви, определяющей сопротивление изоляции постоянному току R _пр и сквозной ток проводимости (ток утечки). Объем и сроки проведения профилактических испытаний электрооборудования определяются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) электрооборудования. Основными видами профилактических испытаний являются: испытания рабочим и повышенным напряжением; измерение сопротивления изоляции; определение степени увлажненности изоляции по коэффициенту абсорбции и измерением емкости; измерение диэлектрических потерь. Всякое вновь вводимое в эксплуатации после выполнения электромонтажных работ электрооборудование проходит приемо-сдаточные испытания, во время же эксплуатации его профилактика осуществляется согласно ПУЭ и ПТЭ.

Контроль изоляции в сетях переменного тока с изолированной нейтралью напряжением до и выше 1 кВ, а также в сети постоянного тока напряжением до 1 кВ должен выполняться, как правило, автоматически.

Допускается осуществлять контроль изоляции путём периодических измерений напряжений с целью визуального контроля асимметрии напряжения.

Вновь вводимое в эксплуатацию, а также резервное электрооборудование перед включением под нагрузку испытывают рабочим напряжением на холостом ходу, только после этих испытаний его включают под рабочую нагрузку.

Испытание изоляции, например обмоток трансформаторов, повышенным напряжением переменного тока от постороннего источника производится вместе с вводами. Величина испытательного напряжения зависит от класса изоляции обмоток трансформатора (табл. 4.1.).

Таблица 4.1. − Испытательное напряжение обмоток трансформаторов с нормальной изоляцией

Время испытания – 1 мин. При отсутствии испытательной установки необходимой мощности испытание обмоток трансформаторов, автотрансформаторов, масляных реакторов и дугогасящих катушек с нормальной изоляцией не производится.

Рисунок 4.1.− Элементарная схема сопротивления изоляции

Измерение сопротивления изоляции

Сопротивление изоляции всей цепи возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов с газовым охлаждением обмотки ротора и с воздушным охлаждением элементов системы возбуждения, измеренное мегаомметром на напряжение 500 – 1000 В, должно быть не менее 0, 5 Мом.

Сопротивление изоляции аккумуляторной батареи (АБ) зависит от номинального напряжения (табл.4.2.)

Таблица 4.2. − Сопротивление изоляции АБ

Устройство для контроля изоляции на шинах постоянного оперативного тока должно действовать на сигнал при снижении сопротивления изоляции одного из полюсов до уставки 20 кОм в сети 220 В, 10 кОм в сети 110 В, 5 кОм в сети 60 В, 5 кОм в сети 48 В, 3 кОм в сети 24 В.

Сопротивление изоляции электрически связанных вторичных цепей относительно земли, а также между цепями различного назначения должно поддерживаться в пределах каждого присоединения не ниже 1 МОм. Сопротивление изоляции вторичных цепей, рассчитанных на рабочее напряжение 60 В и ниже, питающееся от отдельного источника или через разделительный трансформатор, должно поддерживаться не ниже 0, 5 МОм. Сопротивление изоляции измеряется мегомметром в первом случае на напряжении 1000 – 2500 В, а во втором случае – 500 В. При включении после монтажа и первом профилактическом испытании изоляции относительно земли цепей РЗАИТ, за исключением цепей на рабочее напряжение 60 В и ниже, должна быть испытана напряжением 1000 В переменного тока в течение 1 мин., а в последующей эксплуатации – напряжением 1000 В переменного тока и 2500 В выпрямленного напряжения.

Сопротивление изоляции полупроводниковых преобразователей должно быть не менее 5 МОм, кабелей – не ниже 0, 5 МОм, подвесных и опорных изоляторов (каждого изолятора или каждого элемента многоэлементных изоляторов) – не менее 300 МОм, вводов и проходных изоляторов – 500 МОм, сухих реакторов после капремонта – не менее 0, 5 МОм, находившихся в эксплуатации – не ниже 0, 1 МОм, первичных обмоток измерительных трансформаторов – не нормируется, у вторичных обмоток – не ниже 1 МОм. Подвижная часть масляных выключателей, тяги и колонки разъединителей, находящихся в эксплуатации 3…10 кВ – 300 МОм, 20…220 кВ – 1000 МОм. Опорные колонки воздушных выключателей – 5000 МОм. Многоэлементные опорные колонки разъединителей – на каждый элемент не менее 300 МОм. Обмотки машин постоянного тока, кроме возбудителей – 0, 5 МОм. Допустимое минимальное сопротивление обмоток ротора машин переменного тока – 0, 2 МОм; обмоток статора при номинальном напряжении до 600 В – 1 МОм, 6 кВ – 40 МОм, 10 кВ – 70 МОм при температуре обмоток 20 °С. Для силовых трансформаторов, автотрансформаторов и масляных реакторов сопротивления изоляции при температуре обмоток 20 °С у трансформаторов до 35 кВ не должно быть ниже 300 МОм, у трансформаторов 110 кВ – 600 МОм.

Измерение сопротивления изоляции обмоток силового трансформатора производится мегомметром напряжением 2500 В при температуре верхних слоев масла не ниже +10 °С. Обмотки трансформатора перед измерением заземляются на 2…5 мин. Схемы измерения сопротивления изоляции одинаковы, независимо от типа трансформатора, для двухобмоточных трансформаторов: ВН – НН + корпус + земля; НН – ВН + корпус + земля; ВН – НН; для трёхобмоточных трансформаторов: ВН – СН + НН + корпус + земля; СН – ВН + НН + корпус + земля; НН – ВН + СН + корпус + земля; ВН – НН; СН – НН; ВН – СН; для автотрансформаторов: ВН + СН – НН + корпус + земля; НН – ВН + СН + корпус + земля.

Определение коэффициента абсорбции

Одновременно с изменением сопротивления изоляции определяется коэффициент абсорбции. K _абс, значение которого для силового трансформатора во вех случаях должно быть не менее 1, 2, не отличаясь при этом от результатов заводских испытаний в меньшую сторону более чем на 20 %. Измеренные величины могут быть больше заводских, причем верхний предел K _абс не ограничивается, так как большей его величине соответствует лучшее состояние изоляции трансформатора. На силовых трансформаторах мощностью 1000 кВ·А и более напряжением 35 кВ и выше измерение сопротивления изоляции следует производить не ранее чем через 12 ч после окончания заливки масла. Измеряя сопротивление изоляции при температуре, отличной от температуры заводских испытаний, результат измерений приводят к температуре, указанной в протоколе заводских испытаний, пользуясь коэффициентами пересчета (табл. 4.3.).

Таблица 4.3.− Коэффициенты пересчёта

Состояние изоляции обмоток трансформатора удовлетворяет требованиям, если значение сопротивления изоляции, измеренное через 60 с после приложения напряжения и приведенное к заводской температуре, составит не менее 70 % паспортных значений для трансформаторов на напряжение 110 …150 кВ и не менее 85 % − для трансформаторов на напряжение 220 …500 кВ.

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь

Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ изоляции и емкость обмоток, как правило, измеряют при помощи моста типа Р-5026 при напряжении 10 кВ. При сравнении измеренных величин с заводскими учитываются температуры, при которых производились измерения. Приведенная к заводской температуре величина tg δ не должна превышать заводские данные более чем на 20 % при значениях tg δ менее 1 % и более 30 % при значениях tg δ более 1 % для трансформаторов 220 …500 кВ. Для трансформаторов 110 …150 кВ измеренная величина tg δ, приведенная к заводской температуре, не должна быть больше 130 % заводской величины tg δ.

Измерение сопротивления изоляции электрооборудования, изоляторов, кабелей, изолированных проводов

Для измерения сопротивления изоляции применяют индикаторы и мегомметр. Основным прибором, используемым для этих целей, является мегомметр. Различают переносные (М503М, М110М, М1102/1, Ф2) и стационарно устанавливаемые на распределительных щитах электроустановок (М143М, М143/2) приборы для измерения изоляции. Как правило, последние предназначены для непрерывного контроля (например, индикатор М143М) и непрерывного измерения (мегомметр М143/2) сопротивления изоляции сетей переменного тока под напряжением. Переносными приборами (рис. 8) пользуются только при отключенной сети.

Мегомметр состоит из генератора постоянного (или переменного с выпрямителем) тока, логометра с последовательной О₁ и параллельной О₂ обмотками в последовательной цепи логометра (рис. 4.2.), добавочного сопротивления R ₂ и последовательной цепи логометра, служащего для защиты прибора при полном пробое изоляции, когда измеряемое сопротивление R_x близко к нулю. Вращение генератора можно произвести от руки. При использовании мегомметров без вращающихся частей необходимо иметь дополнительно источник переменного тока. Распространены мегомметры на номинальные напряжения 500, 1000, 2500 В. Измерение сопротивления изоляции в высоковольтных цепях выше 1000 В производят мегомметром 2500 В, в сетях до 1000 В – 500 В, в цепях релейной защиты, автоматики, измерений и телемеханики, за исключением цепей 60 В и ниже, используют мегомметры 1000 В.

Прибор имеет 3 зажима: Л (линия), З (земля), Э (экран). При измерении сопротивления изоляции между двумя незаземленными элементами аппарата (фазами выключателя) они подключаются к клеммам Л и З. При измерении между двумя фазами кабеля его оболочка подключается к клемме Э.

Рисунок 4.2.− Лицевая панель мегомметра Ф4100

Рисунок 4.3.− Схема мегомметра

Методика измерения сопротивления изоляции

При измерении к изоляции прикладывается напряжение, получаемое от генератора, и с помощью логометра измеряется отношение напряжения к протекающему току. Рукоятка мегомметра должна раскрутиться до 120 оборотов в минуту, лишь тогда подается напряжение от мегомметра к испытуемому объекту с помощью кнопки. Рассмотрим процессы, происходящие при измерении мегаомметром. Если к диэлектрику, схема замещения которого представлена ранее на рис..4.3., приложить толчком постоянное напряжение, то ток, протекающий по диэлектрику, будет складываться из следующих составляющих:

1. тока i_r, осуществляющего заряд геометрической емкости C_r, действующего очень кратковременно;

2. плавно спадающего по времени тока, протекающего по ветви R – C, называемого током абсорбции i_a;

3. сквозного тока проводимости i _пр, протекающего по ветви R _пр и постоянного во времени

i _пр = U / R _пр,

по величине которого можно судить о качестве изоляции.

Ток абсорбции

i _а = U / R · e ^{- t / T}

где T – постоянная времени ветви R – C;

t – время с момента подключения.

Для высоковольтных вводов Т составляет несколько миллисекунд, для трансформаторов – несколько секунд, для электрических машин и кабелей – несколько минут. Зависимость тока от времени с момента подачи напряжения (рис. 1.7.) соответствует изменению сопротивления изоляции R, измеренному мегомметром.

По окончании заряда емкостей изоляции ее сопротивление стационарно и называется сопротивлением изоляции, характеризующимся величиной R _пр, определенной по току сквозной проводимости в диэлектрике. Отчет показаний мегомметра следует производить через 1…2 минуты после подачи испытательного напряжения в целях правильного измерения сопротивления изоляции.

На результаты измерений влияет величина приложенного напряжения, особенно если изоляция загрязнена и увлажнена. При увеличении напряжения в 3 раза величина сопротивления изоляции может увеличиться в 1, 3 раза. Существенно влияет на результаты измерений температура, значения сопротивлений при разных температурах могут увеличиваться на порядок для одной и той же изоляции. Для пересчета результатов измерений, выполненных при температуре υ ₁, на интересующую температуру υ ₂ используют эмпирическую формулу

R ₂ = R ₁ · 10 ^{–(υ 2 - υ 1)/α} .

Коэффициент α зависит от типа изоляции. Для изоляции класса А он равен 40, для класса В – 60. Особенно следует подчеркнуть влажность загрязнения и влажность изоляции, так различие только во влажности может дать разницу показаний в сотни раз. Показания мегомметра, близкие к нулю, говорят о наличии дефекта в изоляции. По результатам измерений мегомметра судят о возможности дальнейшего использования оборудования и проводников. Наиболее правильным является сравнение результатов текущих и предыдущих измерений, выполненных при одинаковых напряжениях и температуре для одинакового времени и момента подключения раскрученного мегомметра. Изоляция считается удовлетворительной, если ее сопротивление, выраженное в МОм, в 3 раза больше номинального напряжения электрических машин и трансформаторов, выраженного в кВ. Однако это правило не узаконено. Согласно ПУЭ, минимальная величина сопротивления изоляции нормируется (раздел 1.2).

Рисунок 4.3.− Зависимости тока и сопротивления изоляции от времени