УДК 53

Роль классической мостовой схемы контроля изоляции полюсов системы постоянного оперативного тока

Набиуллов Ринат Ирикович – студент магистратуры Самарского государственного технического университета.

Аннотация: В статье рассмотрена мостовая Т-образная схема контроля сопротивления изоляции систем постоянного оперативного тока, позволяющая выявлять повреждения изоляции. В работе выполнен расчет разности потенциалов на полюсах систем постоянного оперативного тока относительно земли при различных значениях сопротивления изоляции для схем с применением выравнивающих резисторов и без них. Был сделан выводов том, что применение мостового УКИ оказывает сильное выравнивающее воздействие на потенциалы полюсов при снижении сопротивления изоляции и снижает риск ложного срабатывания реле и дискретных входов устройств релейной защиты и автоматики при замыкании на землю в оперативных цепях.

Ключевые слова: мостовая схема, контроль изоляции, полюсы системы, постоянный оперативный ток, Т-образная схема.

В процессе обслуживания систем постоянного оперативного тока (СОПТ) не редко возникают повреждения изоляции токоведущих цепей с замыканием их на землю, что ведет к образованию обходных цепей через землю и самопроизвольному включению или отключению коммутационных аппаратов, отказам либо ложной работе устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также ложным сигналам. Для своевременного выявления повреждений изоляции СОПТ применяются специальные устройства (системы) контроля изоляции (УКИ) полюсов сети оперативного тока относительно земли.

Одним из таких устройств является, известная уже давно, мостовая Т-образная схема контроля сопротивления изоляции СОПТ. Схема данного устройства приведена на Рисунке 1, она состоит из двух резисторов, миллиамперметра с нулем в середине шкалы и реле напряжения постоянного тока. Это самая простая и легко реализуемая схема, и применяется практически на всех электрических станциях и подстанциях, имеющих постоянный оперативный ток.

Существует множество модификаций данного устройства, даже имеется ряд патентов на изобретения, которые по существу являются не чем иным, как доработками Т-образной схемы.

Рисунок 1. Мостовая схема контроля изоляции СОПТ.

В плечи моста входят два резистора R₁, R₂ с одинаковым сопротивлением и сопротивления изоляции положительного и отрицательного полюсов сети R_из+, R_из- . В одну диагональ моста приложено напряжение контролируемой сети, а в другую подключен гальванометр G, проградуированный в Омах или миллиамперах. При равенстве сопротивления изоляции полюсов контролируемой сети напряжение и ток на гальванометре равны нулю. При снижении сопротивления изоляции на одном из полюсов, через гальванометр начинает течь ток и его стрелка отклоняется в ту или иную сторону, в зависимости от полюса, на котором повреждена изоляция. По гальванометру можно определить ток утечки либо сопротивление изоляции, а также поврежденный полюс. Реле РКИ, подключенное последовательно с гальванометром, срабатывает при достижении определённого напряжения на его обмотке и подаёт своими контактами предупредительный сигнал. Кнопка SB служит для исключения обмотки реле РКИ из диагонали моста при измерениях гальванометром.

К достоинствам данной схемы можно отнести:

Способность выравнивания потенциалов полюсов при замыканиях на землю, за счет малого сопротивления резисторов R₁, R₂ через которые разряжается накопленная емкостью сети энергия.
Отсутствие ложной работы устройств РЗА при замыкании на землю одного из полюсов.

К недостаткам можно отнести:

Нечувствительность к симметричному снижению сопротивления изоляции обоих полюсов СОПТ.
Отсутствие пофидерного контроля сопротивления изоляции.
Слабая чувствительность к ухудшению сопротивления изоляции за большим сопротивлением нагрузки.
Отсутствует регистрация состояния СОПТ.

В настоящее время существует множество современных устройств контроля изоляции, которые в свою очередь имеют различные методы и способы измерения сопротивления изоляции.

К таким устройствам можно отнести, например: «Сапфир» и «Скиф» (Белэнергоремонтналадка), «Микро-СРЗ» (НПЦ «Энергоавтоматика»), ИПИ-1М (ОРГРЭС), УКИ-МП и СПК (ЮРГТУ), ГОСАН, НИПОМ, Bender, MerlinGerin и т.д.

Однако такие системы не могут работать совместно с Т-образной мостовой схемой, которая в свою очередь играет важную роль в выравнивании потенциалов на полюсах СОПТ относительно земли при нарушении изоляции на одном из полюсов, что в свою очередь ведет к снижению риска ложной работы устройств РЗА при замыкании на землю одного полюса СОПТ.[1]

Для обоснования данного суждения выполнен расчет разности потенциалов на полюсах СОПТ относительно земли при различных значениях сопротивления изоляции для схем с применением выравнивающих резисторов и без них, результаты расчетов приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Зависимость потенциалов полюсов СОПТ от изменения сопротивления изоляции.

С мостом		Без моста
U_АБ, В	R₁₊, Ом	R_2-, Ом	R_из+, Ом	R_из-, Ом	U₁, В	U₂, В	U₁', В	U₂', В
220	9000	9000	10000000	10000000	110,0	110,0	110,0	110,0
220	9000	9000	1000000	10000000	109,6	110,4	20,0	200,0
220	9000	9000	500000	10000000	109,1	110,9	10,5	209,5
220	9000	9000	100000	10000000	105,3	114,7	2,2	217,8
220	9000	9000	50000	10000000	101,0	119,0	1,1	218,9
220	9000	9000	25000	10000000	93,3	126,7	0,5	219,5
220	9000	9000	10000	10000000	75,9	144,1	0,2	219,8
220	9000	9000	5000	10000000	57,9	162,1	0,1	219,9
220	9000	9000	1000	10000000	20,0	200,0	0,0	220,0

Из таблицы видно, что даже при незначительных изменениях сопротивления изоляции и отсутствии выравнивающих резисторов перекос напряжений между положительным и отрицательным полюсом СОПТ относительно земли очень велик. Например, для схемы без выравнивающих резисторов при значениях сопротивлений изоляции для неповрежденного полюса 10 МОм и поврежденного 1 МОм напряжения полюсов относительно земли составили 200 В и 20 В соответственно, такой же перекос для схемы с применением выравнивающих резисторов будет при сопротивлении изоляции поврежденного полюса 1 кОм!

Рисунок 2. Короткое замыкание в цепях оперативного тока.

Надо заметить, что для примера короткого замыкания в цепях СОПТ без применения выравнивающих резисторов были приняты значения сопротивлений обоих полюсов являющиеся нормальными согласно ПУЭ [3].

По требованиям руководящих документов промежуточные реле параллельного подключения должны срабатывать при напряжениях 60 – 65% от номинального напряжения, при U_АБ=220 В напряжение срабатывания реле должно быть в диапазоне 132 – 143 В. [2]

Из Рисунка 2. видно, что при сопротивлении изоляции для отрицательного полюса 10 МОм и положительного 1 МОм замыкании на землю в точке К1 реле KL может сработать ложно. С применением выравнивающих резисторов такая опасность возникнет лишь при снижении сопротивления изоляции поврежденного полюса ниже 25 кОм.

Вывод. Применение мостового УКИ оказывает сильное выравнивающее воздействие на потенциалы полюсов при снижении сопротивления изоляции и снижает риск ложного срабатывания реле и дискретных входов устройств релейной защиты и автоматики при замыкании на землю в оперативных цепях.

Список литературы

Цифровая электротехника: проблемы и достижения: Сборник научных статей. Выпуск I. – Чебоксары: РИЦ «СРЗАУ», 2012г.
СТО 56947007-33.040.20.181-2014. Типовая инструкция по организации и производству работ в устройствах релейной защиты и электроавтоматики подстанций. ОАО «ФСК ЕЭС», 2014г.
Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы шестого и седьмого изданий с изменениями и дополнениями по состоянию на 1 октября 2010г. - Москва: КНОРУС, 2010. - 488 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими: