Система контроля состояния электрической изоляции в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Военный институт (инженерно-технический) ВА МТО

Система контроля состояния электрической изоляции в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью

Г.В. Аверьянов

И.В. Колесник

А.А. Тишков

Санкт-Петербург

Надежность работы и безопасность эксплуатации электрооборудования во многом зависит от состояния изоляции, частоты возникновения и длительности существования ее повреждений. По данным МЧС в 2016 году из-за нарушения правил эксплуатации электрооборудования возникло 41151 пожаров, что составляет 29,59% от всех пожаров. Стоит отметить, что значительная часть таких нарушений связаны с повреждением изоляции электроустановок и как следствие коротких замыканий.

При этом с увеличением суммарной протяженности кабельной сети системы электроснабжения, ухудшаются условия электро- и пожаробезопасности, а также снижается надежность электроснабжения потребителей. Проведенные научно-исследовательские работы показали, что выявление развивающихся дефектов изоляции на ранних стадиях позволяет значительно улучшить эти показатели. При этом такой подход должен заключаться в применении измерительных датчиков, рассчитанных для работы с автоматизированной информационно-измерительной системой и построении централизованной системы контроля состояния изоляции, осуществляющей одновременную обработку сигналов от всех контролируемых кабельных линий с целью обеспечения мониторинга состояния изоляции и возможностью прогнозирования будущих замыканий. Выполнение этих функций возможно за счёт сведения всех данных, непосредственно к диспетчеру.

Проблемы контроля состояния изоляции с СЭС с глухозаземленной нейтралью

Электрические сети напряжением до 1000 В защищаются по двум параметрам. От токов перегрузки или токов короткого замыкания и от токов утечки. Для защиты используются автоматические выключатели, предохранители и устройства защитного отключения. Но данные аппараты защиты срабатывают по факту возникновения неисправности и отключают поврежденный участок сети. При этом на данный момент отсутствуют технические решения, позволяющие прогнозировать развивающиеся дефекты в изоляции до наступления критического состояния. Что особо актуально при питании ответственных потребителей.

Применение устройств защитного отключения позволяет контролировать состояния изоляции по токам утечки в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В, что существенно уменьшает вероятность аварийных ситуаций в следствии повреждения изоляции.

Но при этом устройство защитного отключения имеет ряд минусов:

Как правило, место установки УЗО располагается в непосредственной близости от потребителя, и питающие сети оказываются, не защищены.

Принцип работы УЗО - пороговый, то есть УЗО реагирует на превышение фиксированного уровня тока утечки.

Ещё одним недостатком УЗО является его работа только на отключение, что в ряде случаев может быть недопустимо в связи с технологическими процессами или категорийностью потребителей по надежности.

Достаточно малой эффективностью в определении состояния распределительной сети СЭС обладают и периодические испытания электрооборудования, так как выполняются на обесточенном оборудовании.

Эта информация обладает малой ценностью для прогнозирования состояния изоляции так как в любой момент времени после проведения периодических испытаний, будь то через 5 минут, через сутки или через месяц в изоляции может начать развиваться нарастающий дефект, обнаружить который возможно будет только при очередных испытаниях, если только до этого времени не произойдет её критическое разрушение, повлекшее за собой возникновение аварийной ситуации.

Таким образом, в настоящее время отсутствуют технические средства, позволяющие обеспечить мониторинг состояния изоляции в сетях с глухозаземленной нейтралью, которые составляют 95% распределительных сетей. То есть отсутствует возможность достоверного диагностирования развивающихся дефектов электрической изоляции в этих сетях, и проблема предупреждения возникновения коротких замыканий становится все более актуальной.

Структура системы пофидерного контроля состояния изоляции с СЭС с глухозаземленной нейтралью

В настоящее время прошел испытания и изготовлен промышленный образец системы контроля сопротивления изоляции (СКСИ) в системах электроснабжения (СЭС) и изолированной нейтралью, который состоит из устройства контроля эквивалентного сопротивления изоляции, способного сигнализировать о снижении общего сопротивления изоляции СЭС до заданной уставки и принципиально нового устройства пофидерного контроля состояния изоляции (ПКСИ), которое обеспечивает оперативное обнаружение линии, отходящей от распределительного щита, имеющею несимметричное снижение сопротивления изоляции ниже заданного порога. Система ПКСИ работает по принципу измерения переменного тока нулевой последовательности во всех отходящих линиях и сдвига фаз между этими токами и напряжением нулевой последовательности, что является косвенным признаком нарушения изоляции.

Проведенные моделирование (Рис. 1) показали принципиальную возможность распространить опыт пофидерного контроля состояния изоляции и на сети с глухозаземленной нейтралью, с учетом определённых доработок. Разрабатываемая система предназначена для мониторинга состояния изоляции в кабельных распределительных сетях с глухозаземленной нейтралью до 1000В, с целью прогнозирования, планирования профилактических мероприятий и ремонтных работ для предотвращения пробоев изоляции и замыканий на землю.

Модель системы ПКСИ системы электроснабжения до 1000 В с глухозаземленной нейтралью

Системы пофидерного контроля состояния изоляции в системах электроснабжения до 1000 В с глухозаземленной нейтралью может быть реализована по принципу, представленному на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема системы ПКСИ СЭС до 1000 В с глухозаземленной нейтралью

Реализация системы пофидерного контроля состояния изоляции с СЭС с глухозаземленной нейтралью

Разрабатываемая система предназначена для мониторинга состояния изоляции в кабельных распределительных сетях с глухозаземленной нейтралью до 1000В, с целью прогнозирования, планирования профилактических мероприятий и ремонтных работ для предотвращения пробоев изоляции и замыканий на землю.

Система ПКСИ работает по принципу измерения переменного тока нулевой последовательности, путем преобразования магнитного поля, создаваемого трехфазными токами в контролируемой цепи в аналоговые сигналы, которые преобразуются в цифровые данные. Реализация такой системы позволит преодолеть серьезную проблему - недостаточности существующих технических средств и методов для постоянного контроля и за состоянием изоляции.

В настоящее время на базе нашего института собрана экспериментальная установка для испытания системы пофидерного контроля состояния изоляции (Рис. 3). Для получения достоверных данных испытательный стенд максимально имитирует систему электроснабжения.

Рис. 3. Стенд для испытаний системы ПКСИ

На столе стенда (Рис. 3.) - блок датчиков преобразователей, слева и справа от него - датчики (гибкие шланги магнитных датчиков синего и красного цвета). Вверху на стенде - корпуса блочных датчиков. Слева внизу - блок цифровой обработки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Опытные образцы датчиков тока для системы пофидерного контроля состояния изоляции

Отличительной особенностью применяемых датчиков тока (Рис. 4) является малая мощность выходного сигнала по сравнению с трансформаторами тока напряжения, конструкции которых сформировались достаточно давно, поэтому стандартные значения их выходных параметров определялись уровнем развития и состоянием средств автоматики середины ХХ века. Большая выходная мощность используемых трансформаторов была оправданной, так как от них питались реле автоматики и защиты, средства измерений и регистрации. Современные информационно-измерительные системы (ИИС) имеют на своих входах либо сигнальные процессоры с встроенными аналого-цифровые преобразователи (АЦП), либо отдельные АЦП, которые не требуют таких мощных сигналов для получения приемлемого отношения сигнал/шум, что привело к возникновению и широкому внедрению концепции датчиков тока малой мощности.

Оценка и мониторинг состояния изоляции в реальных условиях функционирования системы электроснабжения, включающих различные режимы работы, является актуальной и сложной задачей. На надежность работы СЭС, электро- и пожаробезопасность электрооборудования существенно влияют нештатные режимы работы, предаварийные и аварийные режимы и старение изоляции. В связи с этим важна оценка состояния изоляции распределительной сети в режиме реального времени. При этом рост требований по пожаробезопасности и надежности СЭС должен сопровождаться адекватным развитием средств диагностирования потенциально опасных факторов.

Использование системы пофидерного контроля состояния изоляции в составе программно-аппаратного комплекса даёт возможность непрерывного мониторинга состояния изоляции всех контролируемых присоединений, что необходимо для прогноза возможных коротзих замыканий в сети с достаточным для оперативных мероприятий запасом времени.

Результаты проведённых испытаний на экспериментальной базе нашего института показали, что датчики-преобразователи обладают существенной чувствительностью по сравнению с применяемыми трансформаторами тока.

Реализация системы пофидерного контроля состояния изоляции позволит решать новые, ранее недоступные задачи:

- наблюдение за динамикой изменения состояния изоляции.

- сократить время нахождения электрических сетей системы электроснабжения в аварийном или предаварийном состоянии.

- исключить аварийное отключение потребителей вследствие замыканий в электрических сетях СЭС вызванных старением электрической изоляции.

- возможность контроля за множеством объектов (участки распределительной сети, ответственные приемники электроэнергии).

- обеспечить оперативность поиска места повреждения в разветвленных электрических сетях СЭС.

Список литературы

изоляция электрооборудование повреждение

1. Михайлов А.К., Фоминич Э.Н., Глухов О.Ф., Тишков А.А. Системы контроля изоляции в системах электроснабжения с изолированной нейтралью - Технология ЭМС. - 2007. - № 3(22).

2. Михайлов А.К., Фоминич Э.Н., Глухов О.Ф., Тишков А.А. Внедрение методов общего и пофидерного контроля изоляции в системах электроснабжения с изолированной нейтралью. - Сборник тезисов и докладов IX симпозиума «Электротехника 2030» Перспективные технологии электроэнергетики. -2007.

3. Тишков А.А., Павленок А.М. Разработка системы контроля состояния изоляции в системах электроснабжения с изолированной нейтралью. // Сборник научных проблем ВИ(ИТ). СПб.: Изд-во Политехн. ун-та., 2013.

Размещено на Allbest.ru