Способ установления места снижения сопротивления изоляции и определения мощности токовой утечки

Авторы патента:

G01R31/08 - определение местоположения повреждений в кабелях, линиях передачи энергии или в сетях (схемы защиты электрических линий, машин и приборов H02H)

G01R31/06 - электрических обмоток, например на полярность (измерение числа витков, коэффициента трансформации или коэффициента связи в обмотках G01R 29/20)

Владельцы патента RU 2681257:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского Флота "Военно-морская академия имени адмирала Флота советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для установления места снижения сопротивления изоляции в обмотках электрических машин, электроустановок и др. Технический результат: возможность дистанционного установления места снижения сопротивления изоляции объекта под рабочим напряжением, содержащего последовательно включенные элементы, без доступа к ним. Сущность: у исправного объекта, находящегося под рабочим напряжением, при включенном между полюсом объекта и его корпусом потенциометре при различных значениях его сопротивления измеряют напряжение между точками подключения потенциометра. Для каждого значения измеренного напряжения определяют прямолинейную диаграмму напряжений между витками обмотки и корпусом и рассчитывают число витков обмотки, приходящихся на один вольт разности между фазным напряжением и каждым значением измеренного напряжения между точками подключения потенциометра. В случае снижения сопротивления изоляции в обмотке измеряют напряжение между полюсом обмотки и корпусом, определяют соответствующую этому напряжению диаграмму напряжений между витками обмотки и корпусом. Рассчитывают сопротивление возникшей дополнительной утечки через изоляцию. В исходных данных находят значение потенциометра, близкое к сопротивлению дополнительной утечки, и соответствующее ему напряжение между полюсом обмотки и корпусом. Находят разность напряжения между полюсом обмотки и корпусом, соответствующего дополнительной утечке, и напряжения между полюсом обмотки и корпусом, соответствующего значению потенциометра, близкому к сопротивлению дополнительной утечки. По произведению разности напряжений с числом витков обмотки, приходящих на один вольт разности фазного напряжения и напряжения, соответствующего значению потенциометра, близкому к сопротивлению дополнительной утечки, определяют порядковый номер витка, в изоляции которого возникла утечка тока на корпус. По диаграмме напряжений между витками обмотки и корпусом, соответствующей дополнительной утечке, находят напряжение, приложенное к возникшей утечке, и рассчитывают активную мощность, выделяемую на утечке. 1 ил.

Настоящее изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для установления места снижения сопротивления изоляции в обмотках электрических машин, электроустановок, линий электроэнергии и других объектов линейной топологии, содержащих последовательно включенные элементы (участки).

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности установления места снижения сопротивления изоляции в объектах как постоянного, так и переменного тока, содержащих последовательно включенные элементы, которые в период эксплуатации объекта не имеют доступа для получения показателей состояния их изоляции, например, изоляции витков обмоток электрических машин и других подобных объектов, находящихся под рабочим напряжением, а также определения мощности, выделяемой в месте снижения сопротивления изоляции.

Из существующего уровня техники известен способ определения места однофазных замыканий в кабельных линиях, проложенных в земле (РФ №2143703) [1], заключающийся в том, что предварительно определяют предполагаемое место повреждения с помощью какого-либо дистанционного метода, затем поврежденную жилу и оболочку кабеля подключают к генератору звуковой частоты и к ряду других устройств, в предполагаемом месте повреждения дополнительно устанавливают датчик с радиопередатчиком, перемещают вдоль трассы кабелеискатель, фиксируют изменение электромагнитного поля, создаваемого протекающими в кабеле токами, в результате повышают точность отыскания мест однофазных замыканий в кабельных линиях. Недостатками данного способа являются необходимость обесточивания электроустановки для установления места токовой утечки, необходимость в установке датчика в предполагаемом месте повреждения изоляции, необходимость перемещения вдоль обмотки с кабелеискателем.

Известен способ определения сопротивления путей утечек тока на землю в электрических системах (РФ №2010247) [2], позволяющий осуществлять контроль сопротивления изоляции электроустановок (постоянного и медленно меняющегося напряжения) и определять сопротивление утечек тока через изоляцию на каждом элементе электрической системы без отключения потребителей. В частности, его можно применять при определении сопротивлений утечек тока через изоляцию на элементах батарей аккумуляторов, химических источников тока, витках катушек размагничивания кораблей, на электролизерах электролизных батарей и т.д. Для этого производят ряд замеров токов утечки на землю и общего тока системы, составляют систему уравнений, решением которой являются сопротивления путей утечек тока на землю на каждом элементе системы. Недостатками данного способа являются необходимость измерения сопротивления элементов объекта, необходимость подключения амперметров к полюсам источника питания и общей точке, необходимость шунтирования элементов объекта.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является способ определения места снижения сопротивления изоляции по А.С. СССР №1580294 [3], по которому у исправного объекта измеряют эталонное сопротивление изоляции, прикладывают к исправному объекту постоянное напряжение и измеряют эталонный ток однополюсного замыкания объекта на земляную шину, в режиме однополюсного замыкания на земляную шину измеряют распределение напряжения между соответствующими точками вдоль объекта и земляной шиной, а в случае снижения сопротивления изоляции ниже допустимого значения измеряют данный параметр, измеряют ток однополюсного замыкания на земляную шину, рассчитывают значение сопротивления дополнительной утечки через изоляцию и приращение тока однополюсного замыкания объекта на земляную шину, по их произведению определяют падение напряжения на сопротивлении дополнительной утечки, сравнивают рассчитанное падение напряжения с распределением напряжения между соответствующими точками и земляной шиной и по результату сравнения судят о месте повреждения изоляции. Недостатками данного способа являются необходимость измерения распределения напряжения между соответствующими точками вдоль объекта и земляной шиной, применение способа для объектов постоянного тока, а также не обеспечение способом расчета мощности в месте токовой утечки.

Задачей изобретения является дистанционное нахождение места образовавшейся токовой утечки через изоляцию последовательно соединенных элементов (витков) объекта переменного либо постоянного тока, предусматривающее получение показателей (исходных и текущих) места утечки с входной (выходной) клеммы объекта, а получение текущих показателей места утечки с объекта, находящегося под рабочим напряжением, а также расчет мощности в месте токовой утечки

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема устройства, реализующего способ, со схемой замещения объекта контроля, а также диаграммы распределения напряжений между элементами объекта контроля и корпусом объекта. Устройство, реализующее способ, содержит объект контроля 1 (например, обмотки электрической машины, фазы А, В, С), находящийся под рабочим напряжением переменного тока, вольтметр 2, включенный между полюсом (С) объекта контроля 1 и корпусом электрической машины 5 (далее корпусом), регулируемое сопротивление (потенциометр) 3, включенное между полюсом (С) объекта контроля 1 и корпусом. Обмотки фаз объекта контроля 1 состоят из последовательно соединенных элементов (витков) 1.1, …, 1.N. На схеме представлены также сопротивления 4 путей утечки через изоляцию 4.1, …, 4.N для обмотки фазы С и сопротивление возникшей дополнительной утечки 6.

Способ осуществляют следующим образом

Измеряют сопротивление изоляции Rн исправного объекта контроля 1, например, с помощью мегаомметра (не показан). При введенном регулируемом сопротивлении 3 (значение сопротивления потенциометра бесконечно большое Ri ≈ R∞) измеряют с помощью вольтметра 2 напряжение между полюсом (С) объекта контроля 1 и корпусом. При исправной изоляции обмоток вольтметр покажет значение фазного напряжения Uф. Данному случаю соответствует диаграмма напряжений (линия Uф - 0) между витками обмотки и корпусом, представляющая собой прямую, так как сопротивление витков одинаковы.

Выводят потенциометр 3 до значения сопротивления Ri=R₁, когда напряжение U₁ между полюсом (С) и корпусом будет на несколько вольт меньше исходного (Uф). Этому случаю соответствует диаграмма напряжений (линия U₁ - (-U₁)) между витками обмотки и корпусом. Рассчитывают число витков обмотки in, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U₁:

где N - общее число витков обмотки;

Снова выводят потенциометр 3 до значения сопротивления Ri=R₂, когда напряжение U₂ между полюсом (С) и корпусом будет на несколько вольт меньше предыдущего (U₁). Данному случаю соответствует диаграмма напряжений (линия U₂ - (-U₂)) между витками обмотки и корпусом. Рассчитывают число витков обмотки n₂, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U₂:

;

Вышеприведенные действия выполняют для последующих значений сопротивления Ri потенциометра 3, до полного его вывода, получают значения величин: Ui, диаграммы (линия Ui - (-Ui)), n_i.

При выведенном потенциометре 3, (значение сопротивления Ri=R₀ составляет несколько Ом), измеряют напряжение U₀ между полюсом (С) и корпусом. Этому случаю соответствует диаграмма напряжений (линия U₀ - (-Uф)) между витками обмотки и корпусом. Рассчитывают число витков обмотки n₀, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U₀:

;

Исходными (эталонными) данными для всех обмоток будут значения следующих величин: сопротивления изоляции Rн исправного объекта контроля 1, фазного напряжения Uф, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия Uф - 0); сопротивления R₁ потенциометра 3, напряжения U₁ между полюсом (С) и корпусом, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия U₁ - (-U₁)), числа витков обмотки n₁, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U₁; сопротивления R₂ потенциометра 3, напряжения U₂ между полюсом (С) и корпусом, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия U₂ - (-U₂)), числа витков обмотки n₂, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U₂; значения вышеприведенных величин для последующих значений Ri потенциометра 3, до полного его вывода (Ui, диаграммы (линия Ui - (-Ui)), n_i.); значения сопротивления R₀ потенциометра 3, напряжения U₀ между полюсом (С) и корпусом, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия U₀ - (-Uф)), числа витков обмотки по, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U₀.

В случае снижения сопротивления изоляции объекта (например, на обмотке С) измеряют пониженное значение напряжения U между полюсом (С) и корпусом, измеряют пониженное значение сопротивления изоляции объекта R, рассчитывают сопротивление возникшей дополнительной утечки как

;

По исходным данным находят значение Ri потенциометра 3, близкое к сопротивлению ΔR и соответствующее ему напряжение Ui между полюсом (С) и корпусом, находят разность ΔU между напряжениями U и Ui:

;

Перемножают значения ΔU и n_i, определяют порядковый номер витка m, на котором произошло снижение сопротивление изоляции

;

По диаграмме напряжений (линия U - (-U)) между витками обмотки и корпусом, соответствующей возникшей дополнительной утечке ΔR, находят значение напряжения Um между витком m, на котором произошло снижение сопротивление изоляции, и корпусом и по формуле рассчитывают активную мощность, выделяемой на утечке ΔR:

Изобретение в отличие от известного способа обеспечивает возможность дистанционного (с клеммы объекта) получения исходных данных для установления места снижения сопротивления изоляции и установления этого места в обмотках электрических машин, а также в объектах как постоянного, так и переменного тока, находящихся под рабочим напряжением, состоящих из последовательно включенных элементов, не имеющих доступа к ним для нахождения токовых утечек через их изоляцию на действующем объекте, а также определения активной мощности, выделяемой в месте снижения сопротивления изоляции.

Источники информации

1. Патент РФ №2143703, МПК G01R 31/08, опубл. 27.12.1999 г.

2 Патент РФ №2010247, МПК G01R 27/02, G01R 31/02, опубл. 30.03.1994 г.

3. А.С. СССР №1580294, МПК G01R 31/02, опубл. 23.07.1990 г.

Способ установления места снижения сопротивления изоляции и определения мощности токовой утечки, заключающийся в том, что у исправного объекта измеряют эталонное сопротивление изоляции, отличающийся тем, что с целью расширения области применения и использования способа на объекте, находящемся под рабочим напряжением, а также определения активной мощности токовой утечки, у исправного объекта, находящегося под рабочим напряжением, при включенном между полюсом объекта и его корпусом потенциометре при различных значениях его сопротивления от максимального до минимального измеряют напряжение между точками подключения потенциометра, для каждого значения измеренного напряжения определяют прямолинейную диаграмму напряжений между витками обмотки и корпусом и рассчитывают число витков обмотки, приходящихся на один вольт разности между фазным напряжением и каждым значением измеренного напряжения между точками подключения потенциометра, а в случае снижения сопротивления изоляции в обмотке измеряют данный параметр, измеряют напряжение между полюсом обмотки и корпусом, определяют соответствующую этому напряжению диаграмму напряжений между витками обмотки и корпусом, рассчитывают сопротивление возникшей дополнительной утечки через изоляцию, в исходных данных находят значение потенциометра, близкое к сопротивлению дополнительной утечки, и соответствующее ему напряжение между полюсом обмотки и корпусом, находят разность напряжения между полюсом обмотки и корпусом, соответствующего дополнительной утечке, и напряжения между полюсом обмотки и корпусом, соответствующего значению потенциометра, близкому к сопротивлению дополнительной утечки, по произведению вышеуказанной разности напряжений с числом витков обмотки, приходящихся на один вольт разности фазного напряжения и напряжения, соответствующего значению потенциометра, близкому к сопротивлению дополнительной утечки, определяют порядковый номер витка, в изоляции которого возникла утечка тока на корпус, по диаграмме напряжений между витками обмотки и корпусом, соответствующей дополнительной утечке, находят напряжение, приложенное к возникшей утечке, по формуле для расчета мощности по напряжению и сопротивлению рассчитывают активную мощность, выделяемую на дополнительной утечке.

Заявляемое изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к вопросам диагностики и мониторинга электрооборудования, позволяющим контролировать техническое состояние конденсаторов связи класса напряжения 110-500 кВ.

Устройство для контроля состояния воздушных линий электропередачи // 2677498

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для контроля состояния воздушных линий электропередачи (ВЛЭП), а именно измерения гололедно-ветровых нагрузок и мониторинга температурного режима эксплуатации.

Способ определения производной синусоидальной составляющей параметра режима // 2676942

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электрических сетях и системах для контроля их режимов, в том числе при создании цифровых релейных защит автоматики.

Автоматический комплекс дистанционной диагностики электросетевого оборудования // 2674550

Автоматический комплекс дистанционной диагностики электросетевого оборудования содержит опорную поверхность с размещенной на ней навигационной станцией с площадкой для приема беспилотного летательного аппарата, центр управления.

Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю // 2674528

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения мест повреждений при замыканиях на землю на двух разных линиях электропередачи распределительной сети 6-35 кВ с малыми токами замыкания на землю.

Способ контроля линии электропитания, содержащейся в сейсмическом кабеле, соответствующая система и машиночитаемый носитель информации // 2672768

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен способ контроля линии электропитания, содержащейся в сейсмическом кабеле и проходящей вдоль сейсмического кабеля, причем сейсмический кабель дополнительно содержит: множество сейсмических датчиков, размещенных вдоль сейсмического кабеля, множество контроллеров, размещенных вдоль сейсмического кабеля, оптическую линию передачи, проходящую вдоль сейсмического кабеля, для передачи информационных сигналов из или в контроллеры.

Способ защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях среднего напряжения // 2672663

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение селективности и чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю.

Устройство контроля высоковольтного оборудования, находящегося под напряжением // 2670189

Устройство относится к метрологии, в частности к средствам для дистанционного контроля высоковольтного оборудования. Устройство контроля высоковольтного оборудования под напряжением, включающее приемник сигналов от частичных разрядов, оптический визир, блок лазерной наводки, жидкокристаллический индикатор, блок автоматической регулировки чувствительности сигналов от частичных разрядов, блок обработки сигналов.

Топографический способ определения места короткого замыкания в тяговой сети переменного тока // 2668663

Изобретение относится к измерениям на электрифицированных железных дорогах для точного определения места короткого замыкания (КЗ) в тяговой сети (ТС) переменного тока.

Способ локализации участков трубопроводов, подверженных влиянию геомагнитно-индуцированных блуждающих токов // 2668352

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии, вызванной источниками геомагнитно-индуцированных блуждающих токов. Сущность: по максимальным колебаниям разности потенциала «труба-земля» определяется начальная точка на трассе трубопровода, где устанавливаются самопищущие устройства для измерения потенциала «труба-земля».

Релейный объектный контроллер для железнодорожной автоматики и телемеханики, способ безопасного определения состояния реле, способ безопасного управления реле, способ тестирования обмотки реле // 2679754

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Релейный объектный контроллер включает процессор обработки информации, выполненный с возможностью безопасного определения положения контактов реле с использованием кодированного сигнала процессора и безопасного управления обмотками реле, при этом он выполнен в виде модулей с независимыми каналами, снабжен безопасным модулем связи с дополнительными процессорами для диверсификации обработки информации, а также модулями безопасных входов и безопасных выходов с дополнительными процессорами для диверсификации обработки информации и независимыми входными и выходными каскадами, а также дополнительными модулями для горячего резервирования, при этом модуль безопасных входов выполнен с возможностью подключения нескольких групп контактов, а модуль безопасных выходов снабжен компараторами для контроля целостности обмотки управляемых реле.

Способ и тестирующее устройство для тестирования проводки трансформаторов // 2672761

Изобретение относится к тестированию устройств энергетической системы, например защитных устройств. Сущность: энергетическая система имеет входы (39), которые могут быть соединены гальваническим образом с по меньшей мере одним трансформатором (20, 28, 29) тока и по меньшей мере одним трансформатором (10, 18, 19) напряжения.

Устройство для испытания трансформаторов // 2665749

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для испытаний трансформаторов. Сущность: преобразователь 1 выходами соединен с тремя однофазными трансформаторами 2, соединенными по выходу в звезду.

Устройство для обнаружения витковых замыканий в электрических машинах и катушках индуктивностей // 2664682

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит генератор импульсов, нагруженный на параллельную цепочку из конденсатора и проверяемую обмотку.

Инверторный испытатель трансформаторов // 2659588

Изобретение относится к испытанию трансформаторов. Сущность: испытатель трансформаторов содержит инверторный преобразователь, Г-образный реакторно-конденсаторный фильтр, включенные последовательно, выходной трансформатор, конденсатор, защитный аппарат в виде предохранителя или автоматического выключателя.

Устройство для поиска витковых замыканий в катушках индуктивностей // 2659310

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство для поиска витковых замыканий в катушках индуктивностей содержит трансформатор, вторичная обмотка которого через диод подключена к накопительному конденсатору и к последовательной цепочке, состоящей из проверяемой обмотки, электронного силового ключа с управлением от блока управления.

Устройство для испытания витковой и корпусной изоляции в обмотках роторов турбогенераторов // 2659194

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит генератор импульсов, нагруженный на входную обмотку трансформатора, выходные обмотки которого подключены на обмотки полюсов ротора и на последовательно соединенные резисторы делителя напряжения.

Устройство для обнаружения витковых замыканий в катушках индуктивностей // 2656133

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для контроля витковых замыканий в обмотках электрических машин и аппаратов. Сущность: устройство содержит формирователь импульсов, однонаправленный электронный ключ, который управляется с выхода формирователя импульсов и соединен с последовательно включенными диодом и контуром.

Система регулирования уровня жидкости в емкости-сборнике // 2656113

Изобретение относится к области автоматического цифрового регулирования и предназначено для управления системами наполнения емкостей жидкостью. Сферами применения изобретения могут быть, к примеру, участки первого подъема систем водоснабжения населенных пунктов и промышленных объектов.

Комплекс для осуществления контроля и управления аккумуляторной батареей // 2656111

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля параметров и обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи. Технический результат: расширение функциональных возможностей комплекса, повышение надежности батареи.

Способ обнаружения замыкания между витками электрической машины, определения доли замкнутых витков и перенапряжения фаз // 2681266

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Технический результат: возможность обнаружения замыкания между витками фазы обмотки работающей электрической машины от момента его возникновения (неустойчивого замыкания) до образования устойчивой гальванической связи между витками, а также оценки доли замкнутых витков и степени перенапряжения в фазах. Сущность: у электрической машины, находящейся под рабочим напряжением, непрерывно измеряются токи и напряжения фаз соответствующими датчиками. По сигналам от датчиков токов и напряжений регистрируются фазовый сдвиг и амплитуды тока и напряжения первой гармоники фаз. При появлении неравенства между фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники одной из фаз и фазовым сдвигом тока и напряжения первой гармоники других фаз, которые остаются равными между собой в переходных или установившихся процессах, судят об изменении параметров катушки фазы, в частности ее индуктивного сопротивления, связанного с уменьшением числа эффективных витков катушки фазы. Сопоставлением значений фазовых сдвигов неисправной фазы до и после замыкания витков судят о доле замкнутых витков. О степени перенапряжений в фазах обмотки судят по сопоставлению амплитудных значений фазных напряжений первых гармоник до и после образования межвитковых замыканий. 1 ил.