автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение надежности электроустановок напряжением выше 1000 В предприятий агропромышленного комплекса путем разработки методов и средств контроля состояния изоляции

»У А-

ленинградский государственный

ордена трудового красного знамени аграрный университет

На правах рукописи ИЛТКИН Александр Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НАПРЯЖЕНИЕМ БУШЕ 1000 В ПРЕДПРИЯТИЙ АГРОПРОМЫЗЗЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ПУТЕМ РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ изоляции

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па ооиокание ученой степени доктора технических паук

Санкт-Петербург - Пушкин - 1991

Работа выполнена в Саратовской ордена Трудового Красного Внаиени политехническом институте.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сиолобик C.B.; Заодукенный деятель науки и техники PCîCP, доктор технических наук, профессор Пястолов A.A.; доктор технических наук, профессор Ерошенко Г.П.

Ведуцая организация - НИПТИЫЭСХ HI10 "Нечернозеиагрокаш".

30

8ацита соотоится Т7 января_ 1992 г. в чшзоь

на ваоедании специализированного совета Д 120.3"/.07 Ленинградского государственного аграрного университета по адресу: 18У620, Санкт-Петербург - Пушкин, Академический проспект, 23, ауд, 719.

С диссортацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан /¡6* ^OJ^f._

Ученый секретарь специализированного оовета

сб'для характер ют икл работы

■ ■ «''ГГ. '

Актуальность проблемы. Повчыение производительности труда, интенсификация производства, снижение материальных ресурсов на единицу продукции весьма Баяны для развития народного хозяйства.

Реиение этих задач существенно зависит от надежности элег.троуотаиовок и уровня их эксплуатации. Для снижения аварий в электроустановках и повышения их надежности основным условием является исправность изоляции. При ухудшении состояния изоляции возникают токи утечки, которые возрастают и переходят в однофазные замыкания на землю. Замыкание на землю - преобладающий вид повреждений в распределительных сетях напряжением 6... ...10 кЗ. Они служат причиной двухфазных занаг.ании и трехфазных коротких замыканий, что приводит к авариям в электроустановках и нарушения электроснабжения потребителей, В результате чего • снижается эффективность производства и происходит увеличение материальных затрат.

В связи с возникновением сельскохозяйственных предприятий промышленного типа (крупных птицефабрик, тепличных комбинатов, оросительных систем и др<) на объектах агропромышленного комплекса (АПК) имеется достаточно большое количество кабельных ое-те Я напряжением 6...10 г.В а высоковольтных двигателей.

По уровня электроснабжения и надежности крупные птицеводческие, животноводческие комплексы и ряд других предприятий АПК соответствует промышленным предприятиям. Прекращение подачи электроэнергии на них приводит к срыву основных технологических процессов, что отрицательно сказывается на животных и раотениях.

Условия эксплуатации кабельных оетеЯ напряжением 6...10 хВ на предприятиях АПК показывают, что для них целесообразно прч-менять непрерывный контроль сопротивления изоляции для повышения надежности электроустановок и уровня их эксплуатации.

Непрерывный контроль сопротивления изоляции в глзктроуота-новках напряжением б...1С кВ предприятий АПК в определенной отепеки повышает и безопасность электроустановок.

Надежность электроустановок предприятий АПК и уровень »х эксплуатации могут быть повышены путей непрерывного контроля

оопротиьлекия изоляции в электроустановках напряженней 6...10 КВ. Еольыое число повреждении развивается скрыто в результате постеленного снижения сопротивления изоляции. Такой контроль • изоляция позволит установить снижение сопротивления изоляции на ранней стадии, приняв сооаветствуюлте профилактические меры.

Своевременная информация о состоянии изоляции электроустановок капряяением ыша 1000 В позволит прогнозировать как воз-ншшовекие, так и протекание процесса снижения изоляции. Необходимо, чтобы эксплуатационный персонал предприятий указанного чипа-бил вооружен методами и средствами, позволяющими получить информацию о текущем состоянии изоляции и мог предупредить развитие аварий в электроустановках и обеспечить их надежность.

Все сказанное выше определяет актуальность рассматриваемой проблемы.

Цель исследования состоит в повышении надежности электроустановок напряжением выае 1000 В (6...10 кй) предприятий агропромышленного комплекса продавленного типа путем разработки методов и средств кепрэрмвного контроля сопротивления изоляции относительно земли, чтобы они наиболее полно соответствовали предъявляемым к ним треоовациям, с повышенной чувствительности достовзрно, безопасно, доступно и просто позвиляли на ранке:« стадии обнаружить снииение сопротивления изоляции на конкретной линии и измерения емкости в таких установках непосредствзн-ио по показанию прибора без расчета, не выводя сеть из нормального режима работы.

Научная новизна работы заключается в установлении:

- закономерностей и взаимосвязей различных параметров разработанных устройств к сети на ток измерительной цели и на чувст-витшнюоть устройств непрерывного контроля сопротиадзния изоляции в электроустановках напряжением 6...10 кВ;

- параметров! влияющих Па стабилизацию тока в измерительной цепи устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции от изменения напряжения сети;

- взаимосвязи тока измерительной цели уотройотз непрерывного контроля сопротивления изоляции я показания прибора по определению ллыяя о пониженный сопротивлением изоляции относительно 8вили;

- «аконочеркоотей мяяния различных параметров на чувствительности разработанных устройств измерения емкости в электро-

2

установках напряжением ваша 1СОО В;

- в разработке методов непрерывного контроля сопротивления изоляции, измерения емкости в электроустановках напряжением 6...10 г.В и их научная основа.

Практическая значимость заключается в применении и разработке соответственно:

- методов и устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции в электроустановка;: напряжением 6...10 кВ, не ииегщих электрической связи измерительного прибора к релз для подачи сигнала с высоковольтной сетью, Вторичные обмотки трансформаторов измерительной цепи заземляются, что позволяет установить прибор для визуального контроля сопротивления изоляции в пестах, удобных для обслуяпвавцего персонала. При этом устройства имеют повышенную чувствительность и позволят* доступно, просто выявить в раниеЯ стадии снижение сопротивления изоляции для принятия соответствующих «ер по предупреждению аварий, ялектротравм и пояаров от электроустановок напряжением 6...10 кВ;

- метода и средства для определения линии о пониженным сопротивлением изоляции (когда оно сотни килооа я нитс);

- метода стабилизации тока в измерительной цепи от изменения напряжения сети;

- в разработке методик для определения рационального числа витков вторичной обмотки трансформатора измерительно!» цепи я тока этой цепи;

- методов и устроИств для измерения емкости в электроустановках напряжением б...10 кВ непосредотг.знко по показании прибора без расчета, без вывода сети из нормального рэтима работа;

- метода расчета выходного напряжения )стройотиа от емяооти оети относительно земли.

На задиту выносятся основные положения и результаты исследования разработанных методов и средств непрерывного контроля сопротивления изоляции в электроустановках напряжением выше 1000 В для повышения их надежности, отличающихся повыгенчой чувствительностью, информатиетостью, безопасность*), доступностью и простотой, и измерения емкости в таких установках непосредственно по показания прибора, не выводя сеть яз нормального режима работы.

Эти положения вклочаят в оеОя:

1. Установленные закономерности и связи параметров на ток измерительной цепи разработанных методов и устройств непрерывного контроля сопротивлении изоляции в электроустановках напряжением 6...10 кВ.

2. Математические модели по определении влияния различных параметров устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции и контролируемой сети иа ток измерительной цепи.

3. Закономерности по влиянии пара-метров на чувствительность устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции

к измерения емкости а электроустановках напряжением 6...10 кВ.

Ц. Зависимости и возможности по стабилизации тока в измерительной цепи от изменения напряжения сети при непрерывном контроле сопротивления изоляции.

5. Выбор рационального сила витков вторичной обмотки трансформатора измерительной цепи уотройств непрерывного контроля сопротивления изоляции.

6. Взаимосвязь меяду током измерительной цепи устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции и показанием прибора для определения линии о пониженным сопротивлением изоляции.

7. Установленные закономерности влияния параметров на показание прибора при измерении емкооти вновь разработанными методами и устройствами измерения емкооти непосредственно по прибору без вывода сети из нормального режима работы в электг роуотановках напряженней 6... 10 кВ.

Реализация результатов исследования. Основные выводы диссертации и рекомендации были положены в основу разработанных совместно о предприятиями уотройств непрерывного контроля сопротивления изоляции и измерения емкости в электроустановках напряжением 6 кВ ЭнгельсскоИ оросительной системы,- на предприятии элехтричеоких сетей, ПО "Артемооль", ПО "Нитрон" и др.

Результаты проведенных исследований и практические рекомендация внедрены в производство и позволяет получить экономический аффект.

Результаты работы используются в учебной процессе в СПИ.

Апробация работа. Диссертация в полном объеме докладывалась о получением положительных отзывов на научно-техническом ооввте мяотитута "Сельанвргопроект" (Поволжское отделение), в

отдела электроснабжения института "Привол«гипроводхоз" (г.Са-' *

ратов), в институте ШИИПТИ по использовании техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (г.Тамбов), на научном семинаре института Энергетики и автоматики АН УзССР (г.Таакент), на научном семинаре института ВОСТНИИ (г.Кемерово) и других организациях .

Основные положения диссертации докладывались: на научно-практической конференции агроинженерного университета (г.Челябинск, 1991 г.), на Всесоюзных научных семинарах (г.Новочеркасск, 1979 г., 1900 г., 1981 г., 1984 г.; г. Киев 196?. г.) на научном семичаре ЦП БНТОЭ (г.Москва, 1909 г.), на научно-технических совецаниях и научно-практической конференции по эксплуатации электрооборудования потребителей (г.Саратов 1970 г., 1979 г., 1981 г.), на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПИ (1974... ...1991 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 научных работ обяим объемом 21 п.л., в том числе I монография, I конспект лекций для студентов, б авторских свидетельств на изобретение, 38 статей (из них 24 статьи в центральных няучно-тех-нических журналах СССР).

Структура и объем диссертации. Работа включает введение и пять глав, заключение, список литературы (168 наим.) и 13 приложений. Общий объем диссертации - 615 е., в том числе рисунков - 141, таблиц - 15, приложений - 204 о.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе "Состояние проблема и задачи исследований" показана актуальность проблемы повышения надеяноотк электроустановок предприятий АПК напряжением тше 10С0 В. Обеспечение надежного электроснабжения существенно возросло в последние годы в связи о качественным измененной сельскохозяйственных потребителей электроэнергии. Введены в строй тепличные комбинаты, оросителышз системы (например, в Поволжском районе), которые являются крупными потребителями электроэнергии с большим количеством высоковольтных двигателей. Появились сельскохозяйственные предприятия промышленного типа. Неожиданное отключение электроэнергии на них ведет к существен«ому ущербу не только на предприятиях, но и в энергосистеме.

Одним иг способов повышения надежности электроснабжения потребителей является непрерывные контроль сопротивления изоляции в электроустановках напряжением б...10 кВ. Такой контроль позволяет во многих случаях выявить развитие аварии на ранней стадии, предупредить многие однофазные замыкания на землю и повысить надежность и уровень эксплуатации электроустановок сельскохозяйственных предприятий промышленного типа, для которых в первую очередь и необходим контроль состояния изоляции.

В данной главе дан критический анализ существующих методов и устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции в электроустановках напряжением б.,.10 кВ. Все они имеют низкую чувотвительнооть, не поззоляют определить линию, на которой происходит снижение сопротивления изоляции, в ранней стадии. Цногие устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции в электроустановках напряжением 6...10 кВ имеют электрическую связь и высоковольтной сетью, что ограничивает их применение, зависимость показания прибора для визуального контроля сопротивления изоляции от напряжения сети. Необходимо разработать методы и создать такие устройства непрерывного контроля сорро-тиглсшя изоляции, вюторых отсутствовали бы указанные недостатки. В результате чего Повысится эф?ектииность контроля состояния изоляции и надежность электроустановок напряжением вина 1000 В.

D наотоящее Время отсутствуют решения« которые позволяли бы без расчета« только по показанию прибора, не выводя сеть из нормального режима, определить емкость сети 6...10 кВ относительно земли.

В диооертации оформулировани задачи Исследований, которые распроотраняютпя в ооновном на электроустановки напряжением б.,,10 хВ о изолированной Нейтралью предприятий агропромышленного комплекса, и направлены на Повышение надежности и уровня эксплуатация электроустановок.

Во второй главе "Теоретическое обоснование методов контроля состояния изоляции а электроустановках напряжением выше 1000 В" разработаны методы непрерывного контроля сопротивления «»оляпии в измерения емкости относительно земли непосредственно по прибору Оеа расчета, не выводя сеть ия нормального режима работы » алектроустановках напряжение« б...10 кВ, для повы-.6

шеиия их надежности, Дано теоретическое обоснование атиг ме • тодов.

Вноль разработанные методы контроля сопротивления изоляции в электроустановках напряжением выше 1000 В в основном оснор^'Ы на принципе наложения выпрямленного тс~а на рдбочуя электроустановку.

В соответствии с классификацией методов контроля параметров изоляция олектроустаноъох напряжением вние 1000 В положено дез признака: способ включения измерительных приборов и источник измерительного напряжения.

В методе непрерывного контроля сопротивления изоляции п электроустановках напряжением 6,..10 кВ (схема метода приведена на рис. I), в отличие от известных, источников измерительного напряжения являются три однофазных трансформатора Т1...73, а измерительный прибор Рй. для визуального контроле за сопротивлением изоляции включен во вторпчну» обмотку трансформатора ТЧ измерительной цепи. Во вторичную обмотку трансформатора 15 вклвчэно специальное 1чле К1 для подачи сигнала в случае снижения сопротивления изоляции ниже установленного предела.

Использование напряжения третьей гармоники трех однофазных трансформаторов шбрано с той целью, чтобы в этом случае пв требуется отдельный источник питания, можно получить увеличенный ток измерительной цепи при отыскании линии с пониженным сопротивлением изоляции за очет подключения конденсатора к разомкнутому треугольнику вторичных обмоток трансформаторов 'П...ТЗ и модно стабилизировать ток измерительной цепи от изменения напряжения сети за очет проявления резонансного режима по третьей гармонике в контуре вторичные обмотки указанных трансформаторов и конденсатор.

При соединении первичных обмоток трех однофазных трансформаторов з звезду их фазное напряжение иесинусоядально. В этом напряжении наиболее резко выражена третья гармоника. В данном олучае однофазные трансформаторы Т1...ТЭ являатся генератором третьей гармоники. Под действием напряжения третьей гармоника троноформатороя ТГ...ТЭ ток протекает от точки ^ через измерительную цепь (диодУ , резистор Й-н , первичный обмотки трансформаторов Т'1, Т5) и через активное сопроткаяанйо изоляции оети относительно земли (й-ч.^-а , Р^ ) и далее к однофазным трансформаторам '11...ТЗ. Чем меньыэ сопротивление изоляции сети

Рис.1. Принципиальная схема контроля сопротивления цэоляияи оадоотельно земля в электроустановках напряжением внша 1000 В с использованием однофагщяс трансформаторов

в

относительно земли, тем больше ток в первичной и 1£ во вторичной обмотках трансформаторов измерительной цели.

Для теоретического обоснования метода непрерывного контроля сопротивления изоляции необходимо определить уравнения, с помощью которых можно было бы выявить влияние различных пара- . метров схемы метода и сети на ток измерительной цепи.

Ток в измерительной цепи определяется в основном фазным . напряжением третьей гармоники первичных обмоток трансформаторов Т1...ТЭ. Гармониками, кратными трем, п фазном напряжении трех однофазных трансформаторов пренебрегаем из-за йх мало;! вз-личины. Считаем: напряженке омещения нейтрали равно нуле; кн-дуктивные сопротивления рассеяния трансформаторов Т1...ТЗ практически от насыщения не зависят; вентиль измерительной цепи идеальный и его сопротивлением в проводящем состоянии пренебрегаем; трансформаторы в измерительной цепи не насыщены, так как через их первичные обмотки протекает выпрямленный ток малой яё-личипы; сопротивления и емкость сети С. ,,« С^«

» Сд« с' ; общая емкость сети относительно земля С я ; сеть напряжением б...10 кВ работает с изолированной нейтраль», в которой отсутствуют дугогаоящие реакторы к трансформаторы напряжения с заземленной нулевой точкой со стороны выоокого на-пряяения.

Третьи гармоники по фазе во всех трех фазах со?ладают,к для третьей гармоники о учетом принятых допущений в диооерта-ции составлена расчетная схема, в которую,входят однофазные трансформаторы Т1...ТЭ, измерительная цепь, активное сопротивление изоляции сети трех фаз и общая емкость С сети относительно земли. Можно считать, что все элементы схемы линейное.

Для расчетной схемы в интервал протекания тока третьей гармоники в работе составлена система уравнений.

Из оистемы уравнений получено дифференциальное уравнение для тока, протекающего через первичную обмотку траясфорчатс?? рзмерителыюй цепи:

сизому

Здесь А = ~

,2. .

. -.-+

+

(I)

и Й-'н = I* + К.ТЗ+ Й-гз ^

12-Н ,

I I I I I 11

где 1мь - тОК> обуслоьпенный напряжением третьей гармоники 'и протекающий через первичную обмотку трансформатора измерительной цепи; ю - угловая частота; Е,амплитуда эдс третьей гармоники однофазных трансформаторов Т1..ЛЗ;-оС -угол, соответствующий моменту появления тока через диод;

С - общая емкость сети относительно земли; к. - общее ак-.тианое сопротивление изоляции сети относительно земли; ахтивное сопротивление обмоток однофазных трансформаторов Т1...ТЗ; - сопротивление резистора измерительной пепи;

• ^тз " а*™81»16 сопротивления обмоток соответственно трансформаторов Т4 и 15 измерительной цепи; . Ьтэ - ин-дуктивнооть однофазных трансформаторов соответственно Т4 к Т5 измерительной цгпи, обусловленная третьей гармоникой.

Поскольку необходимо определить онижение сопротивления изоляции относительно земли на ранней стадии, когда оно велико, то обычно величина А больше величины Б . Поэтому решаем уравнение (I) для вещественных корней __

В результате решения получено лля интервала протекания тока уравнение мгновенного яначения тока через измери-тыьную цель для вещественных корней:

и^н»__[¿¿иС^^г-^З

(Ч+ У-'ь» ) - сой С^ + У-'Ьч) +-----------е -

---йГ^Г----е 1 (2)

4-

где 10

•н а-

Чтобы определить углыс^ и А , необходимо найти выпрямленное напряжение Исз третьей гармоники на емкооти сети относительно земли. Для этого составлено дифференциальное уравнение г.

с-1 oLU.cs / ^ (2.1 \

¿СЗиТуГ + сЦъю-Ь) V зию зЛ, ' ) +

- Е^з&^Сзш-Ь+ы) Забеги' 17ЛТ---• 0)

В результате решения (3) получено уравнение напряхения третьей гармоники на емкости сети относительно земли в проводящую часть периода

+ Рц - Рй. е

----^---е ] +

С»)

В непроводящуп часть периода напряжение на е1Ш>стг сета относительно яемии, обусловленное третьей гармоникой:

2;ГГ-ЛигЬ

и.с.ь^Еиюз е . (5)

Для определении тока через измерительную цепь, обусловленного напряжением третьей гармоники, необходимо определять углы <ъ1 и \ . Их можно найти путем решения системы уравнений для момента времени, когда диод измерительной цепи аапп-раетоя.

В этом случае можно запиоать, исполмуя уравнения (2), («О. (5)

Е„

т5

4- —---- Р -

^ - Ра

- £

Р-г-Ра

Р5 -

ЦК

[ср.

РЛ

■)е. -

2-лЛ*— \

е45 ;

се)

р3

—---р -

Р* - Р*

Р ~ Ра. °

= о. (7)

Из уравнений (6) и (7) о использованиеи ЭВМ мбжно определит» углы \ ж оС .

Уравнения (2), (б), (7) являются математичеокой моделью для вещественных корней по определению влияния различных параметров на первичный ток трансформатора измерительной цепи.

Были определены уравнения тока через первичную обмотку трвноформатора измерительной цепи и напряжения третьей гармоники на емкости сети относительно земли для комплексных корней.

Ток во вторичной обмотке трансформатора измерительной цепи мохни аапиоать для каждой гармоники, как

тора измерительной цепи; Кт- коэффициент трансформации трансформатора измерительной цепи; (С^/. - расчетная величина, учитывавшая параметры трансформатора измерительной цепи и прибора

Ток во вторичной обмоткз трансформатора измерительной цепи

На основании проведенного расчета на ЭВМ о использованием приведенных уравнений установлено влияние различных параметров на ток измерительно« цепи. В частности, емкость сети относительно земли практически для реальны* условий, не влияет на ток измерительной цепи. Существенное влияние на ток измерительной цепи оказывает активное сопротивление изоляции сети относительно земли. С его уменьшением увеличивается приращение тока в первичной и во вторичной Обмотках трансформатора измерительной цепи на единицу изменения сопротивления изоляции.

Характер изменения тока в первичной и во вторичной обмотках трансформатора измерительной цепи на стадии теоретического обоснования метода приведен на ряс. 2. Из анализа зависимостей установлено, что на единицу изменения сопротивления изоляции сети относительно земли приращение тока во вторичной обмотке трансформатора измерительной цепи значительно больше, чем в первичной обмотко. За счет искусственного увеличения тока во вторичной обмотке трансформатора измерительной цепи увеличивается чувствительность схемы.

Для инженерного раочета необходимы более простые уравнения для определения тока в измерительной цепи.

Результаты расчета по приведенным уравнениям позволили установить, что индуктивность измерительной цепи «ало влияет на ток измерительной цепи. Поэтому были определены уравнения без учета яндуктивнооти цепи, по которой протекает топ третьей гармоники, о учетом пульсации напряжения третьей гармоники на емкости оети относительно земли. В данном случае уравнения для определения тока в измерительной цепи упрощаются, ио остилтоя еще громоздкими для инженерного раочета. Поэтому а целях упро-

визуального контроля сопротивления изоляции для с -й гармоник».

(9)

я-—

Рио.2. Изменение токов в ос)ыотках трансфорэдтора .измерительной цели от сопротивления изоляции оети относительно земги: 1фивыв I, 2 построены соответственно для тока во вторичной и первичной обмотках трансформатора измерительной цепи

щения уравнений по определенно тока в измерительной цепи делаем допущение, что пульсация напряжения третьей гармоники на емкости сети относительно земли отсутствует и пренебрегаем индуктивностью цепи. При принятых допущениях определены уравнения для определения тока в измерительной цепи для инженерного расчета.

Мгновенное значение тока через первичную обмотку трансформатора измерительной цепи в данном олучаз можно определить следующим образом

к-н и

Среднее значение тока в первичной обмотке трансформаторз Измерительной цепи

ЗГ й. н л

Действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора измерительной цепи -Д

1ц, [X (.^Х^) (12)

Углы X я о1 определяются из выведенных урцвнений

(-4-^-1*-). (13)

Принимая первое приближение ~ =, можно найти последующие приближения и угол X .

___(14)

^ 2- 2. '

Ток во вторичной.обмотке трансформатора измерительной цепи можно определить с достаточной точностью по выражению

гдеХ^ьи'г.- обсее действующее значение тока гармоник в первичной обмотке трансформатора измерительной цепи; К_т - коэффициент трансформации трансформатора измыритзльной цепи; Кр- расчетный коэффициент.

Из уравнений (II), (12), (15) установлено, что о уменьшением сопротивления изоляции сети относительно земдн увеличивается ток в первичной и во вторичной обмотке трансформатора измерительной цепц.

Из анализа уравнений (2), (8), (10), (II) установлено, что на ток измерительной цепи влияет напряжение сети. Для устранения данного недостатка необходимо в разомкнутый треугольник вторичных обмоток однофазных трансурматоров Т1... ...ТЗ включить конденсатор определенной емкости С." . В этом случае при уменьшении напряжения оети уменьшается ток измерительной цепи, о одноЦ стороны, а с другой -- с уменьшением напряжения сети больше проявляется резонансный режим по третьей 'гармонике в контуре, состоящем из вторичных обмоток однофазных трансформаторов Т1...ТЭ и емкость С1' . В результате _чего увеличивается напряжение на обмотках трансформаторов 'Г1...ТЗ. Если эти два противоположных фактора будут одинаково влиять на гок измерительной цепи, то он не изменится от изменения напряжения оети. В этом случае повышается достоверность контроля сопротивления изоляции.

Разработан метод непрерывного контроля сопротивления изоляции г электроустановках напряжением 6...10 кВ с использованием пятиотержневого трансформатора напряжения типа НТШ1 и утроителя чаототы. Выполнено теоретическое обоснование этого метода, В этом методе в отличие от известных источником измерительного напряжения яаяяетоя пягистержневой трансформатор напряжения типа КТМИ, п первичных обмотках которого наводится ЭДС утроенной частоты. В данном методе та же измерительна» цепь, что и у ранее рассмотренного метода, и включена она между нулевой точкой первичной обмотки трансформатора напряжения типа НТМИ и землей. К вывода« обмоток разомкнутого треугольника подводится напряжение от утроителя частоты, который выполнен о помощью трех однофазных трансформаторов.

При подаче напряжения третьей гармоники к обмоткам ра' »оиквутого треугольника пятиотерадевого трансформатора напряжения типа Н1Ш появляется напряжение третьей гармоники в фазном напряжении первичных обмоток. Под действием этого напряжения пс измерительной цепи и активному сопротивлению сети относительно земли протекает ток. Чем меньше сопротивление изоляции сети относительно земли тем болые ток в первичной и во вторичной обмотках траноформатора измерительной цепи. За изменением аопротнвлення изоляции можно наблюдать по измерительному прибору, проградуированному в единицах сопротивления. В случае снижения сопротивления изоляции ниже установленного 16

предела подается сигнал.

Для данного метода расчетная схема такая же как и для схемы рис. I. Поэтому для метода с использованием пятистерж-невого трансформатора напряжения типа НТМИ и утроителя частоты можно записать аналогичные уравнения как и для предыдущего метода. В результате проведенного анализа уравнений и расчета тока измерительной цепи для различного сопротивления изоляции сети относительно земли установлено, что с помощью данного метода можно непрерывно контролировать сопротивление изоляции в электроустановках напряжением 6...10 кВ.

Для стабилизации тока в измерительной цепи от изменения напряжения сети к обмоткам разомкнутого треугольника утроителя частоты необходимо подклвчить конденсатор определенной емкости, который позволяет стабилизировать ток в измерительной цепи от изменения напряжения сети на том же принципе как и в предыдущем методе.

В данном методе проще можно изменять оперативное напряжение, под действием которого протекает ток через измерительную цепь. Однако он не лишен недостатков: наличие отдельного источника питания и его относительная громоздкость. Поэтому бала разработана разновидность метода непрерывного контроля сопротивления изоляции с использованием пятиотержневого трансформатора напряжения типа НТМИ и стабилизатора напряжения. Эта разновидность метода отличается от предыдущего тем, что к обмоткам разомкнутого треугольника пятиотержневого трансформатора, напряжения типа НТМИ подается напряжение промыплгнной частота от стабилизатора напряжения, который подключается ко вторичной обмотко данного трансформатора. В этой разновидности метода стабилизация тока в измерительной цепи не зависит от актипнсго сопротивления изоляции сети относительно земли.

Урашения для этой разновидности метода аналогичные о предыдущим методом.

Чувствительность охе^ы рассмотренного метода (рис. I) можно определить ^

Данное выражение может быть использовано и для других рассмотренных методов контроля сопротивления изоляции.

Из выражения (16) установлено, что с увеличением напряжения источника измерительного напряжения и с уменьшением сопротивления изоляции сети относительно земли чувствительность схеиы методов увеличивается.

На чувствительность влияет коэффициент трансформации трансформаторов измерительной цепи, сопротивление катушки прибора для визуального контроля сопротивления изоляции и интервал протекания тока через измерительную цепь.

По выражении (16) установлено, что чувствительность разработанных методов выше в несколько раз по сравнению с известными методами и устройствами.

Полученные выае уравнения позволяют уотановить влияние различных параметров на ток измерительной цепи и на чувствительность вновь разработанных методов. Сни являются их математической моделью.

В данной главе разработан метод для определения линии о пониженным сопротивлением изоляции. Проведено теоретическое обоснование этого метода.

В схему этого метода входят измерительные шунты, включаемые в раосечку отходящих линий, специальные гальванометры,устанавливаемые на изолирующем основании и подключаемые к шунтам, и устройство непрерывного контроля сопротивления изоляций.

При онижении сопротивления изоляции на отходящей линии ток от устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции протекает через место снижения сопротивления изоляции и по измерительным шунтам, а по гальванометру, отрелка хоторого отклоняется, определяется линия, на которой снижается сопротивление изоляции,

Установлена взаимосвязь между током измерительной цепи устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции и по-хаьаниец гальванометра.

Обоснован также метод непрерывного контроля активного сопротивления изоляции гибкого высоковольтного кабеля и оборудования мобильного агрегата.

Э схеме атого метода заземляющая жила гибкого кабеля жмеотв с бкранирующей оплеткой соединяется через первичную обмотку однофазного трансформатора о землей. Эта обмотка име-18

ет малой число витков. Ее влияние на сопротивление заземляющего проводника мало. Вторичная обмотка состоит нз большого числа витков, к ее выводам подключена измерительная цепь о прибором для визуального контроля сопротивления изоляции.

При снижении активного сопротивления изоляции гибкого кабеля или оборудования мобильного агрегата по первичной обмотке трансформатора будет протекать ток и на вторичной обмотке появится напряжение, под действием которого в измерительной цепи будет протекать ток, который измеряется прибором. Этот прибор градуируется в килоомпх и по нему определяется снижение сопротивления изоляции гибкого кабеля ч высоковольтного оборудования мобильного агрегата.

В диссертации разработаны методы измерения емкости сети относительно земли с использованием напряжения третьей гармоники в процессе работы в электроустановках напряжением б...ТС кВ, которые дают возможность сразу по прибору без расчета и без дополнительной проводимости между фазой и землей определить емкость сети, не выводя ее из нормального режима работы. Это повышает надежность электроустановок при измерении и повывает уровень их эксплуатации.

Дано теоретическое обоснование методов.

Схема метода для измерения емкости относительно земли в электроустановках напряжением б...10 кВ с использованием обмоток разомкнутого треугольника трех однофазных трансформаторов приведена на рио. 3.

Фазное напряжение Цц^ трансформаторов Т1...ТЗ неслнуоо-идальио и в нем, кроме основной гармоники, резко выражена третья гармоника. На разомкнутом треугольнике вторичных сойоток \а/'ло(ч Судет напряжениеТГгз , обусловленное в основном третье!! гармоникой. Другими высеими гармониками на разомкнутом треу-голышсе можно пренебречь в оилу малой величины.

Под действием напряжения1Гщ третьей гармоники будет протокать от вторичных обмоток; Маа однофазны* трансформаторов Т1...ТЗ через конденсаторы фильтра присоединения С.!, . С^. С.'5 , через параметры сети б.. .10 кй относительно зеила и через первичную обмотку VIА трансформатора напряжения ТУ И далее к вторичным обмоткам Ч^« Однофазные, трансформаторы Т1...ТЗ являются генератором третьей гармоники. В контуре вторичные обмотки \\fvj конденсаторы сД , ск.сЛ, и параметры сети отноои-

19

ГсТ

С'г

г;

п

Я* Дг Из

т У

зао е

ТТа Ни

" г; I

¡Щда

V,г

—\PV

5>

О Я

17гэ

•II-

IV

Рио.З., Принципиальная охема метода измерения емкости о использованием обмоток разошшутого треугольника однофазных трансформаторов

тельно земли проявляется резоианоный режим по третьей гармонике. Чем больше емкооть сети относительно земли, тем больше проявляется резонаноный режим по третьей гармонике в указанном контуре и больше напряжение на разомкнутом треугольнике вторичных обмоток , соответственно и на обмотках \\/1.)(. к выводам которых подключен вольтметр РV , проградуированнкй в единицах емкоотн.

Чтобы установить влияние различных параметров на выходное напряжение ТГ^ , в диссертации составлена раочетная схема. При составлении раочетной схемы принято, что дугогасящие реакторы в сети отсутствуют, система симметричная и учитывается только третья гармоника при измерении емкооти. (

Обозначения приняты о учетом того, что С^ = Се.= С > ~ С.-Н1

ЗС^=С0) СА = С2,-С3 ^ =

Я - общее активное сопротивление сети относительно земли. Для расчетной схемы в работе составлена система уравнений. В результате ее решения получено уравнение выходного напряжения ТГа :

тг ,т к^к^Х&ыъ + Х^з) иа. = -5-—-^---

- 3 ¿¿о1Ъ Кл. а. I • I

п 5. I

_ Ко/.

"тз ^Хсь - ъХ^ 3 сп)

гдеХ^ыъ- т°к третьей гармоники через первичную обмотку трансформатора охемы метода; Хс.г - сопротивление емкости сети относительно земли; к^ - коэффициент трансформации трансформатора охемн

Ш^г. Щь

полное сопротивление третьей гармоника первичной о<5~ мотки трансформатора схемы, обусловленное их активным сопротивлением и индуктивным сопротивлением раосеяния; - полное

21

сопротивление взаимоиндукции третьей гармоники трансформатора схемы; ~и"с.оъ ~ напряжение третьей гармоники на конденсаторах фильтра присоединения; , Хт3 - токи третьей гармоники,

протекающие соответственно через активное сопротивление изоляции сети относительно земли и первичную обмотку трансформатора напряжения о заземленной нулевой точкой со стороны высокого напряжения.

Из уравнения (17) можно установить, что на выходное напряжен из влияют параметры однофазных трансформаторов, фильтра присоединения и сети. С увеличением емкости сети относительно увеличивается выходное напряженке. Активное сопротивление изоляции сети относительно земли я трансформаторы напряжения с эаземлзнной нулевой точкой со стороны высыего напряжения практически не влияют на выходное напряжение, так как токи третьей гармоники от источника измерительного напряжения через активное сопротивление изоляции оетк относительно и через первичную обмотку трансформатора напряжения 1т3 весьма малы. Поэтому третье и четвертое слагаемое в уравнении (17) можно не учитывать при определении выходного напряжения.

В диссертации разработаны разновидности схем рассмотренного метода о использованием трех однофазных трансформаторов и дано их теоретическое обоснование.

Разработан метод измерения емкости в электроустановках напряжением 6...10 кВ с использованием трех дросселей и дополнительного трансформатора (рис. 4) и дано его теоретическое обоснование. 3 денном методе источником измерительного напряжения являются три однофазных дросселя Ы ., а прибор, по которому определяется емкость сети относительно земли, включен во вторичную обмотку дополнительного трансформатора И.

При соединении обмоток трех однофазных дросселей в авезду в их фазном напряяении ТГ^^ резко выражена третья гармоника. Под действием напряжения третьей гармоники однофазных дросселей ток будет протекать от точки л/ через первичную обмотку повышающего трансформатора Т1, через конденсаторы фильтра присоединения С.!| , С1«, через параметры сети I относительно земли, в основном через емкооти С.* , Сг , С^ , через заземленную нулевую точку вторичной обмотки разделительного трансформатора Т и далее к однофазным дросселям. В контуре, по элементам которого протекает ток третьей гармоники, ' 82 • '

Рис.4. Принципиальная охема метода измерения емкости о помощью трех дроаоелей и дополнительного трансформатора

проявляется резонансный режим по третьей гармонике, что ведет к увеличению фазного напряжения УлсЛ однофазных дросселей в основном за счет напряжении третьей гармоники при увеличении емкости сети относительно земли. В атом случае возрастает напряжение на обмотках трансформатора Т1. Чем больше емкость сети 6...10 кВ относительно земли, тем больше выходное напря-кениеЛГер,, измеряемое вольтметром PV , проградуированном в единицах емкости. Для схемы рис. 4 в работе составлена для третьей гармоники расчетная схема и определено выходное напряжение

-тг _

и ¿р--1---------------— (1(у

где - коэффициент трансформации трансформатора Т1; 1Гс.з -напряжение третьей гармоники на емкости сети высокого напряжения относительно земли; "ТГр - напряженке третьей гармоники на обмотках разделительного трансформатора; > - пол_

ные сопротивления третьей гармоники соответственно обмоток дросселей Ы ... ЬЗ и первичной обмотки трансформатора Т1, обусловленные активным сопротивлением и индуктивным сопротивлением рассеяния; полное сопротивление третьей гармоники цепи намагничивания однофазных дросселей; ¿.р^ - полное сопротивление взаимоиндукции третьей гармоники однофазного трансформатора Т1; - сопротивление конденсаторов фильтра присоединения.

Кз уравнения (18) можно установить, что на выходное напряжение влияет параметры схемы и сети. С увеличением емкости сети относительно земли увеличивается выходное напряжение. В данном методе приращение выходного напряжения на единицу изменения емкости больше за счет повывающего трансформатора Т1.

В данной главе определены выражения для определения чувствительности схем методов и предельной емкости, до которой метод позволяет ее измерять.

В 'третьей главе "Разработка устройств контроля состояния изоляции в электроустановках напряжением 6...10 кВ и теоретическое обоснование их параметров" на основе методов второй главы разработаны устройства непрерывного контроля сопротивления иэоляцни в электроустановках напряжением 6...10 кВ и средство для определения линии, на которой снижается сопротивление 2И '

изоляции, на ранней стадии, когда оно составляет сотни килоом и ниже.

Принципиальная схема устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции с использованием трех одноразных трансформаторов напряжением б...10 хВ соответствует схеме 'рис. I. Устройство подключается к сети через разъединитель и предохранители. Измерительная цепь монтируется на опорных изоляторах. Прибор для лизуачьиого контроля сопротивления изоляции подключается к вторичной оймотке трансформатора измерительной цепи малой мощности. В результате прибор не имеет электрической связи с высоковольтной оетыо и его можно устанавливать в местах удобных для.обслуживающего персонала.

Устройство позволяет подавать сигнал в случае снижения сопротивления изоляции ниже установленного предела.

За счет подключения конденсатора определенной емкости к обмотка;.! разомкнутого треугольника трех однофазных трансформаторов осуществляется независимость показания прибора от изменения напряжения сети.

Произведен выбор оптимального (рационального) числа витков вторичной обмотки трансформатора измерительной пепи устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции с использованием интерполяционных теорий Ньютона и Лаграняа.

С ростом числа витков вторичной обмотки трансформатора измерительной цепи ток в ней повышается за счет увеличения наводимой ЭДС. С другой стороны, увеличение числа витков обмотки ведет к росту ее сопротивления. ЭДС вчачале имеет преобладавшее влияние, а затем увеличение сопротивления вторичной обмотки вызывает уменьшение указанного тока. Поэтому кривая зависимости изменения тотл Тэ, по вторичной обмотке трансформатора измерительной цепи от числа ее витков Еначале возрастает, а затем падает, то есть кривая зависимости »

имеет свой максимум, при котором достигается наибольшая чувствительность устройства.

Оптимальное ччоло витков вторичной обмотки соответствует тему условно, при котором чувствительность устройства наибольшая.

Если известно И точек зависимости Га,—$0^2.) . то та-кув зависимость мокно представить аналитически яатерполяцион-ной формулой Ньютона.

2Г

Считаем, что имеем три характерные точки на кривой зависимости о координатами (Iai , W<m ), (1й2 .Wsa ), (Iî.3 » W23 )• Эти точки расположены до и после максимума зависимости (yJa.).

В соответствии о интерполяционной формулой Ньютона можно аапиоать

где А., и B-f коэффициенты Xaa-Iai

(I?)

4 >

Дифференцируя (19) по чиолу витков и приравнивая к нули, получим оптимальное число витков вторичной обмотки трансформатора измерительной цепи

: (20)

2.16 А'

Для определения оптимального числа витков вторичной обмотки трансформатора измерительной цепи можно использовать также интерполяционную теорию Лагранжа. Если известны координаты, например, пяти точек зависимости О^е.) , то в работе определено уравнение Лагранжа, в результате реиения которого получено уравнение

оСЪ^ + ^й+^а + ^о, (21)

в ®

«Ii • £

+ W-¿3 + Wan) j •

y = ¿ Füll (Waa Wai ++ Waa W^Wm +

-r

+ W^W^ -v Was War) WasvWaiV¡.4vV2iWi!r +

+ W^War+WaaWan +Waa War+Was 'Vaf) + + W¿ ! W г i + Wa i W¿r + U/2 a V^/г i+Vv¿ a Waj Wa ¿ War) +

Wï£ + WaiWa^WaiWan 4-Wä^Waj+\\4üWa4 +

В 4 -V Wa¿ W¿4 ) J i

S" [-^-CWazWiaWa^ + WüWzaWar+WaaWexWay*-т

-V W« Wih War ) + СWai Wa a Wan 4 Vy/a 1 Wa.3 v

T

+ W21 Was War + WaiV/ач Wí-И (Wat WaiWiM + -ь W г ^ W a a War + Wa 1 Wim War + Was. Was ■+-V (WalWaaWai+WnWaa-War + W¡m Wa* Was- + + WaiWisWaj) -v~*(Wa<WaaWi3+Wa^Wa?.Wast

4 Wai WabV/ам+WaaWai,Wa4) ]

Решая уравнение (21), можно определить оптимальное число витков вторичной обмотки трансформатора измерительной цепи.

Если известны координаты трех точек зависимости ~ ™ 4 (Уг.) . то оптимальное число витков вторичной обмотки трансформатора измерительной цепи с использованием интерполяционной теории Лагранжа можно определить по выражению

V - 1Г О'^-^з) + if С^'^ь)

2 ( l£i. + ' 4 f\ ^ а + -а. >

По приведенным выражениям оптимальное число витков вторичной обмотки трансформатора измерительной цепи равно 16...77 прн принятых параметрах в работе.

В данной главе диссертации теоретически исследовался переходный процеос в измерительной цепи при включении устройства и отходящих линий от подстанции. Установлено, что при включении устройства в сеть в измерительной цепи возникает бросок тока, который достигает до 5-кратного значения от установившейся величины. Продолжительность переходного процесса достаточна для срабатывания реле. Поэтому при включении устройства в оеть в схеме сигнализации необходимо предусматривать реле времени для задержки работы сигнала. В этом случае будут исключаться также ложные сигналы при посадках напряжения в сети.

Установлено, что при включении отходящих линий от подстанции ток в измерительной цепи устройства практически не изменяется, а поэтому ке будет ложных сигналов.

Разработанные устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции в глектроустановках напряжением 6...10 кВ с использованием пятиотержневого трансформатора напряжения. В них применяется та же измерительная цепь. Определена необходимая мощность утроителя частоты и стабилизатора напряжения, о помощью которых подается напряжение на обмотки разомкнутого треугольника пятиотержневого трансформатора.

Разработано техническое средство, с помочью которого определяется линия о пониженным сопротивлением изоляции относительно земли о ранней стадии (сотни килоом и ниже).

Разработано устройство для непрерывного контроля активного сопротивления изоляции гибкого кабеля и высоковольтного оборудования мобильного агрегата.

На основании разработанных методов разработаны устройства для определения емкости относительно земли в электроустановках напряжением 6...10 кВ непосредственно по прибору, не выводя сеть из нормального реки\га. В них используются трансформаторы малой мощности.

Теоретически доказано, что переходные процессы напряжения и тока третьей гармоники в разработанных устройствах измерения емкости практически отсутствуют.

Изложена в данной главе методические положения для расчета устройств.

На разработанное устройства получено шесть авторских свидетельств на изобретение.

В четвертой главе "Экспериментальные исследования, их результаты и анализ" приведена методика экспериментальных исследований, экспериментальный исследования разработанных устройств, их рез>льтаты и анализ.

Для подтверждения выводов, полученных при аналитическом исследовании, их дополнения и изучения процесса контроля сопротивления изоляции и измерения емкости в электроустановках напряжением выпе 1000 В на экспериментальных установках б кВ и до 1000 В, а также в сетях б кВ подстанции проводились экспериментальные исследования.

Экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения.

■ Установлены влияшие факторы на основные зависимости непрерывного контроля сопротивления изоляции п измерения емкости-

Эксперименты подтвердили воэцожнсоть стабилизации тока в измерительной цепи от измзнения напряжения сети с помощью конденсатора, подключаемого к обмоткам разомкнутого треугольника трех однофазных трансформаторов, и за счет стабилизации напряжения на обмотках разомкнутого треугольника пятистержнегогэ трансформатора.

На ток измерительной цепи устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции с использованием трех трансформаторов влияет мощность однофазных трансформаторов. Для таких устройств могут быть использованы трансформаторы кебольиой мои-ностк в том числе и однофазные трансформаторы напряженвя типа ИОН, но число витков их должно быть ближе к фаэнсиу напряжению сети.

Эксперименты подтверждают теоретические положения по определению оптимального числа витков о использованием интерполяционных теорий Ньютона и Лагралжа. Они позволяют установить, что чувотвительнооть устройств выоокая за счет искусственного увеличения тоха во вторичной обмотке трансформатора измерительной цепи и рациональным выборам ее числа витков.

Основные зависимости изменения тока в первичной и во вторичной обмотках траноформатора измерительной цепи приведены соответственно на рио. 5 и б для устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции о использованием пятистержневого трансформатора напряжением типа НТМИ-6 и стабилизатора напряжения. Кривые 1...3 рио. 5 получены для сопротивления измерительной цепи Е.н » 25 кОм и соответственно при напряжении, подаваемого на обмотки разомкнутого треугольника ТГт , равным 26 В, 18 В и нуль. Кривая 4 - при вц > 50 кОм и 1ГТ - 1в В. Кривая V построена по результатам раочета для данных как и кривой I.

Кривые рио, б построены: 2, 3, 5 при (¿ц = 25 кОм, соответственно ТГт - 26 В; 18 В и нуль; I - при - 0,1ГТ ■* - 16 В.

Из анализа зависимостей рис. 5 и б, установлено, что с уменьшением сопротивления изоляции оети относительно земли и увеличением напряжения, подаваемого на обмотки разомкнутого треугольника пятистержневого траноформатора, увеличивается приращение тока в измерительной цепи на единицу изменения сопротивления изоляции.

Экспериментальные исследования позволили установить, что емкооть оети относительно земли для реальных условий практически не влияет на ток измерительной цепи.

Экспериментальные исследования подтверждают возможность определения линии о пониженным сопротивлением изоляции на ранней стадии о помощью разработанного метода и технического оредотва.

Сравнение данных, полученных при теоретическом и экспериментальном исследованиях, показывает, что очи близко сходктоя.

Наблюдения за работой внедренных уотройств непрерывного хоятроля сопротивления изоляции показывают, что они позволяют в слектроуотаночках напряжением ьыие 1000 В выявить на ранней стадии свяжзнио сопротивления изоляции относительно земли и предупредить многие однофазные замыкания на землю. Это.ведет к 30

м А

<2 г

<О

О 200 400 600 300 к Ом 1200

Я -_

Рис.5. Изменений среднего значения тока в первичной обмотке трансформатора измерительной цени уотройотва от оояроташкэния изоляции оети относительно земдя

fuo.6,. Изменение хока вд.лгоричной обмотке раноформатора измерительной цепи устройства oí оодротявленил изоляции оети относительно земли

повышению надежности электроустановок и уровни юс эксплуатации.

Экспериментальные исследования подтверждают возможность измерения емкости относительно земли в электроустановкам напряжением 6...10 кВ разработанными методами и устройствами.

Основные зависимости изменения выходного напряжения от емкости сети для устройства с использованием оомоток разомкнутого треугольника трех однофазных трансформаторов приведены на рис. 7 для различной емкости конденсаторов фильтра присоединения и мощности трансформаторов с фазным напряжением первичных обмоток 380 В. Кривые I...3 получены для однофазных трансформаторов мощностьо по 1000 В'А для емкости каждого конденсатора фильтра присоединения С-н » 2,5; 3,3 и 3 мкФ, а кривые 4 и 5 для трансформаторов мощностью 630 В'А и 1600 В'А для С.^ - 2,5 мхЗ. Кривые, похазачные штрихами, получены расчетным путем.

Из анализа зависимостей мохно установить, что п увеличением емкости конденсаторов фильтра присоединения и уменьшением мощности однофазных трансформаторов выходное напряжение увеличивается при одной и той же емкости сети относительно земли.

Зависимости изменения выходного напряжения от емкости ое-ти относительно земли для устройства о использованием трех однофазных дросселей и дополнительного трансформатора приведена на рис. 8. Кривые I...3 получены на экспериментальной установке для общей емкооти конденсаторов фильтра присоединения 3; 4,5 и б мкФ для дросселей мощностью no 1000 В*А напряжением первичных обмоток 220 В. Штрихами показаны кривые, полученные расчетом. Из анализа этих завиоиноотей видно, что о увеличением емкости сети относительно земли увеличивается выходное напряжение устройства. Чувствительность устройства увеличивается с увеличением емкооти конденоаторов фильтра присоединения и она не является величиной поототаной. Результаты расчета и эксперимента близко сходятся.

Установлено, что сопротивление изоляции оетв относительно земли не влияет иа выходное напряжение устройств для намерения емкости. Это влияние начинает сказываться, когда сопротивление изоляции сяижгетоя ниже 10 кОм, то есть июляцая ее пригодна к эксплуатации.

В целом экспериментальные исследования подтверждают тео-

0 3 6 9 мкФ 12 С —-

I

Рис*?, Изменение выходного напряжения устройства ох емкости сети относительно земли.

Кривые:*—— по результатам изменения; --- по расчету.

с--

Ркс.8. Изменение пиходного напряжения уотроЯствя с тремя дросселями и дополактелькш трансформатором от емкости сети относительно земли * 1 *

Т>

ретичеокие положения и показывают, что с помощью разработанных катодов и средств можно непрерывно контролировать сопротивление изоляции и измерять емкость относительно земли в электроустановках напряжением выше 1000 В.

В пятой главе "Эффективность контроля состояния изоляции в высоковольтных электроустановках" отмечено, что эффективность разработанных методов и устройств контроля состояния изоляции в электроустановках напряжением б...10 кВ определяется па основа совокупности экономической и социальной э$<)ектив-

н00ти.

Экономичеокая эффективность определяется уменьшением ущерба от перерыва эявйяроснабкения и повреждения электроустановок. Перерыв электроснабжения приводит не только к экономическим, но и социальным последствиям.

Непрерывный контроль сопротивления изоляции в электроустановках напряжением 6...10 кВ позволяет на ранней стадии установить снижение сопротивления изоляции и предупредить в определенной степени различные езды опасности (электротравиы,пожары).

Экономический ущерб определяется в виде трех составляющих: технологический ущерб; ущерб, вызванный затратами на ремонтно-восстановпгельшэ работы, и системный ущерб.

Экономический эффект зависит от конкретного предприятия, ого мощности, длины линий и других факторов. Так, на объектах орошения расчетный годовой экономический эффект от непрерывного контроля сопротивления изоляцчи в Поволжском районе составит 560 тыо.руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

По результатам выполненных в диссертации исследований моано сделать следующие основные выводы:

I. Разработаны методы и уотройотва непрерывного контроля сопротивления изоляции в электроустановках напряжением 6...10 кЗ для повышения их надежности, которые в полной ыеро соответствуют предъявляемым к ним требованиям, В этих методах исполь-ауется напряжение третьей гармоники, которое выделяется в 'трехфазном источнике измерительного напряжения или создается в его фазах напряжение, совпадающее по фазе. Измерительный прибор для визуального контроля и реле для подачи сигнала не име-

ют электрической связи с высоковольтной сетью и включены во вторичную обмотку трансформатора измерительной цепи. Выдержаны традиционные требования подключения измерительного прибора в электроустановках, что важно по условиям безопасности и расширению их возможностей. При этом повышена д несколько раз чувствительность устройств.

2. Определены математические модели, позволяющие аналитически описать влияние и взаимосвязи различных параметров устройства и контролируемой сети на тох измерительной цепи. Предложена инженерная методика по определению тока в первичной и во вторичной обмотках трансформатора измерительной цепи разработанных устройств непрерывного контроля оопротивчения изоляции. С использованием интерполяционных теорий Ньютона и Лагранжа разработана методика по определению оптимального числа витков вторичной обмотки трансформатора в измерительной цепи /отройств.

3. Разработан метод стабилизации тоха в измерительной цепи устройств при отклонениях напряжения сети, позволяющий уменьшить погрешность и получить более .достоверные данные о 'контроле сопротивления изоляции з сетях б...10 кВ. Он заключается в подключении к разомкнутому треугольнику вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов, как иаточниха измерительного напряжения, конденсатора определенной емкости. Раскрыт физический смысл этого метода. Предложена методика расчета по стабилизации тока измерительной цепи устройства при откяонени-ях напряжения сети.

Разработанные методы и устройства позволят- непосредственно по прибору, без расчета (как принято в злехтроустаяов-ках) определить емкость сети относительно земли в влекгроуста-яовках 6...10 кВ, не выводя сеть и;» нормального реготма работы. В результате чего повыиаетов уровзн! якопдуатации, иадежнооть электроустановок и безопасность при измерении. В атих методах используется напряжение третьей гармоники, создаваемое трехфазной группой однофазных траисформатороа, в результате проявления резонансного режима по третьей гармонихе.

5. В результате выполненных исследований устройств для измерения емкости установлены параметры, ыияадив на выходное напряжение. Активное сопротивление изоляции о^тн относительно

se или практически ке оказывает влияние на измерение емкости. Это влияние будет ъ том случае, если изоляция не пригодна к эксплуатации.. Трансформаторы напряжения с заземленной нулевой точкой оо стороны высокого напряжения практически не влияют на выходное напряжение устройства. Такое влияние возможно, если их подключено к сетк высокого напряжения около 70 и более. В реальных условиях на предприятиях агропромышленного комплекса указанных трансформаторов напряжения значительно меньше.

Предложен инженерный метод расчета выходного напряжения устройства для измерения емкости. Он отличается простотой и доступностью.

Разработана методика по определению предельной емкости сети при измерении устройством.

б. Установлен характер переходных процессов во вновь разработанных устройотяах непрерывного контроля сопротивления изоляции и измерения емкости в высоковольтных сетях.

При включении устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции в измерительной цепи возникает бросок тока, который достигает примерно 5-кратного значения от установивие-. гооя.

Продолжительность переходного процесса в измерительной цепи достаточна для срабатывания реле, реагирующего на ток, для подачи сигнала, поэтому в цепи сигнализации необходимо предусмотреть реле времени для задержки подачи сигнала. При включении отдельных отходящих линий 6...10 кй от ГПП предприятий ток в измерительной Цепи устройства практически не изменяется.

При включении устройства для измерения емкости в сеть переходный процесо напряжения третьей гармоники на емкости сети относительно земли и на конденсаторах, с помощью которых устройство подключается к сети, кратковременный и незначительно превышает установившуюся величину.

Ток третьей гармоники, протекающий по элементам схемы, при включении устройства измерения емкости мало отличается от уотааовивиегооя значения.

Переходные процессы в разработанных устройствах непрерывного контроля сопротивления изоляции и изиерднип емкости не накладывают каких-либо ограничений для их нормальной эксплуатации.

33

7. Разработаны рекомендации для изготовления устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции в сетях 6...10 кВ силачи электрохозяйства предприятий агропромышленного комплекса.

8. Проведенные наблюдения за работой устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции, выполненных на оонозе разработанных методов, и опыт их эксплуатация позволяют установить, что токи утечки в распределительных оетях высокого на-пряяения могут существовать длительно и их можно выявить в ранне») стадии. Такие устройства позволяют Заблаговременно установить снижение сопротивления изоляции и выявить начало развития, аварии, как например, коронированив в заделке Кабеля, снижение сопротивления изоляции а соединительных муфтах, повреждение изолятора в раопредустройотве< появление копоти на изоляторе ввода внутри трансформатора я другие, когда существующие защиты не реагируют, и предупредить многие замыкания на землю в ое-тях б,..10 кВ, что важно для повышения надежности электроустановок напряжением выше 1000 В к эффективности предприятий.

9. Разработанные методы и комплекс уотройотв позволяют не только непрерывно контролировать сопротивление изоляции и измерять емкость в электроустановках напряжением б...10 кВ, но и определять линию с пониженным активным сопротивлением изоляция на ранней стадии. Эти устройства надежны, безопасны в обслуживании, просты, доступны для обслуживающего персонала, позволяют повысить надежность и уровень эксплуатации электроустановок предприятий агропромышленного комплекса,

10. Результаты проведенных наследований и практические рекомендации внедрены в производство я позволяют получить социальный и экономический эффект. Последний зависит от предприятия, его мощности, длины линий и от других факторов.

На объектах орошения расчетный экономический эффект от внедрения предложенных уотройотв в Поволжском районе составляет 560 тыс. рублей в год.

В целом совокупность выполненных исследований и разработок и вынесенных на защиту положений представляет ообой теоретическое обобщение и решение научной проблемы повныенвя надежности электроустановок напряжением внпе 1000 В предприятий агропромышленного комплекса.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах!

1. Шаткий А.Н, Влияние параметров трансформатора на работу устройства по измерению емкости в сети под напряжением // Изв. вузов. Энергетика. - 1973. - V Ч. С. 36...40.

2. Шаткин А.Н. Определение линии с пониженным сопротивлением изоляции под напряжением в процессе работы // Изв. вузов. Энергетика, - 1991. - К 7. - С, 32...37.

3. Шаткин А.Н. Ток измерительной цепи устройства для непрерывного контроля Изоляции в электроустановках 6...10 кВ // Изв. вузов. Электромеханика. - 1980. - Я 9. С. 956...971.

4. Шаткин А.Н. Измерение емкости в электроустановках б...10 кВ о использованием заземленной нулевой точки разделительного трансформатора // Промышленная энергетика. - 1984. -й 12. - С. 24...26.

5. Шаткин А.Н. Исследование трансформаторного устройства с емкостью в открытом треугольнике для контроля изоляции в сетях б...10 кВ // Изв. вузов. Энергетика, - 1970. - К 7. - С. 115...119.

6. Шаткин А.Н. Контроль сопротивления изоляции в сетях б...10 кВ о попользованном пятистержневого трансформатора типа НТШ1 // Промышленная энергетика. - 1986. - К 8. - С. 49... ...50.

7. Шаткин А.Н. Контроль изоляции в сетях б...10 кВ с изолированной нейтраль» // Промышленная энергетика. - 1981. -Л И. - С.' 52...541

8. Шаткин А.Н. Измерение емкости в электроустановках // Изв. вузов. Электромеханика. - 1982. - Я 9. - С. 1109...

... ИИ.

9. Шаткин А.К. Измерение емкости в распределительных сетях и установках выоокого напряжения // Промышленная энергетика. - 1963. - Л б. - С. 41...43.

10. Шаткин А.Н. Измерение емкости в сетях б...10 кВ // Изв. вузов. Энергетика. - 1983. - Л 5. - С. 18...22.

11. Шаткин А.Н. Влияние добавочной емкости на работу устройства по измерению емкости в сети под напряжением // Изв. «у»он. Энергетика. - 1974. - » 9. - С. 36...40.

12. Шаткин А.Н. Контроль изоляции б заводоких выооковоль-тпьх влектроуоталовках // Изв. вузов. Электромеханика. -

НО

1981. - Л 2. -С. 226...227.

13. Шаткин А.Н., Вантеев Ю.П. Влияние активного сопротивления изочяции на измерение трансформаторным устройством емкости в сети под напряжением // Изв. вузов. Энергетика. -1973. - .V 5. - С. 37.. .41.

14. Шаткин А.К. Анализ токов в измерительной цепи устройства для непрерывного контроля изоляции в высоковольтных электроустановках // Горная механика и автоматика, - Киев: Техника, 1982, вып. "0. - С. 64...09.

15. Иаткин А.Н. Влияние номинального напряжения сети на диапазон измеряемой емкости в сети относительно земли о помощью трех однофазных трансформаторов // Иэв, вузов. Энергетика. - 1977. - Л 9. - С. 26...30.

16. ИуцкиИ В.И., Шаткин А.Н. Использования трансформатора напряжения типа НТМИ для непрерывного контроля сопротивления изоляции в сетях 6...10 кВ // Промышленная энергетика. -1989. - Л 9. - С. 32...34.

17. Шаткин А.Н., Вантеев Ю.П. /прощенная векторная диаграмма трансформаторного датчика для контрЬля емкости в сети // Повииение надежности и точности электрических устройств: Науч. тр. - Саратов: СПИ, 1973, вып. 61. - С. 21...25.

18. Шаткин А.Н. Измерение емкости сети относительно земли // Промышленная энергетика. - 1973. - № II, - С. 33...36.

19. Шаткин А.Н. Экспериментальные исследования устройства для непрерывного контроля состояния Изоляции в сетях б кВ // Ненормальные реяимн и борьба с ними в электричеоких установках: Межвуз. науч. об. - Саратов: СПИ, 1979, вып. 3. С.3...6.

20. Шаткин А.Н. Определение емкости устройства для контроля сопротивления изоляции // Изв. вузов. Электромеханика. -1983. - Л 12. - С. 954..97.

21. Щуцкий В.й,, Шаткий А.Н. Определение национального числа витков вторичной обмотки траноформатора измерительной цепи // Изв. вузов. Энергетика. - 1991. - Л I, С. 12...Г7.

22. Шаткин А.Н. Влияние параметров сети на контроль изоляции .з высоковольтных установках // Горная электромеханика и автоматика. - Киев: Техника, 1982, вып. 41. - С, 27»..31.

23. Шаткин А.Н, Влияние емкости в открытом треугольнике трансформаторного устройства для контроля изоляция в сетях 6..*10 хВ на высшие гармоники фазного напряжения и ва ток мЫ

мерительной цепи// Ненормальные режимы и борьба с ними з электрических системах: Меявуз. науч. сб. - Саратов: СПИ, 1978, вып. 2. - С. 3...8.

24. Шаткин А.Н. Непрерывный контроль сопротивления изоляции гибкого кабеля и электрооборудования экскаватора // Промышленная внергетика. - 1985. - В. - С. ад...50.

25. Шаткчн А.Н. Повышение чувствительности устройства контроля сопротивлении изоляции в сетях 6...10 кВ // Электроснабжение и электрооборудование отраслей народного хозяйства. Межвуз. ад. Науч. тр. - Ульяновск: Ульяновский политехнический ин-т, 1990. - СЛЭ..Л7.

26. Щуцкий В.И., Шаткин А.Н. Непрерывный контроль сопротивления изоляции в сетях 6...10 кВ // Изв. вузов. Горний журнал. - 1968. - * 7. - С. 102...105.

27. Шаткин А.Н, Непрерывный контроль изоляции дли повеления надежности электроснабжения промышленных предприятий. -Саратов: СПИ, 1983. - 39 о.

26. Шаткин А.Н. Использование трех однофазных трансформаторов для непрерывного контроля емкости в сети относительно земли в процессе работы // Изп. вузов. Энергетика. - 1975. -»1. - С. ЧЭ..Л7.

29. Щуцкий В.И., Шатккн А.Н. Определение выходного напряжения уотройства для измерения емкости в сетях 6...10 кВ и предельной емкости // Изв. вузов. Горный журнал. - 1Р09. -

в I. - с. кни.лое.

30. Шаткин А.Н1. Устройство непрерывного контроля за состоянием изоляции в заводских электроустановках 6 кВ // Промышленная энергетика. - 1981. - № 2. - С. 18...20.

31. Иаткик А.Н. Контроль состояния изоляции в электроуо-теловках напряжением выше 1000 В. - Саратов: Изд-во Сарат. уй-та, 1983. - 112 о.

32. Шаткин А.Н, Непрерывный контроль сопротивления изоляции в сетях 6...10 кВ как средство повышении надекности электроснабжения промпредприятий // Повышение эффективности использования энергореоурзов Поволжья. Межвуэ. науч. сб.: - Саратов: Изд-?о Сарат. ун-та, 1990. - С. 107...112.

33. Ваткин А.Н. Контроль емкости в электрических сетях промпредприятий под напряжением с использованием трансформаторного датчика // Повышение надежности и точности электри-

ческих устройств: Науч. тр. - Саратов: СПИ, 1973, вып. 61. -С. 13...20.

34. Шаткин А.Н. Основные уравнения трансформаторного устройства для контроля емкости в электрических сетях. - Саратов: Труды СПИ, IS75, вып. 87. - С. 68...75.

35. Шаткин А.Н. Od измерении ц контроле емкости в электрических сетях // Вопросы преобразования и экономии электроэнергии. -Саратов: Приволжск. га. иэд-во. 1974. - С. 69...95.

36. Шаткин А.Н. Влияние трансформаторного устройства при измерении емкости на напряжение сети относительно земли // Ненормальные режимы и борьба с ними в электрических системах: Мезвуз. науч. сб. - Саратов: СПИ, 1977, вып. I, - С. 106,.Л12.

37. Шаткин А.И. Влияние мощности однофазных трансформаторов на диапазон измеряемой емкости в сети относительно земля. -¡1., 1976. - 16 с. -Деп, в ЦНТИ. Информэнерго, ЯД/306.

38. Шаткин А.Н. Влияние устройства на напряжение сети относительно земли при непрерывном контроле состояния изоляции а сетях 6...10 кВ в процессе эксплуатация. - а., i960, - 13 с. -Деп. в 1ЩТИ. Информэнерго. Л Д/694,

39. Шаткин А.Н. Определение тока в первичной ойиоткз траао-форматора измерительной цопи устройства для непрерывного контроля сопротивления изоляция в сетях 6...10 хВ о использованной пятястерхневого трансформатора, - П., 1983. - II с, - Деп. к ЦНТИ. Информэнерго. Л 27<й - ЭЙ88.

40. Шаткин А.Н. Повышение надежности элеятроснабяения потребителей путем непрерывного контроля сопротивления изоляции з сетях 6...10 хВ // Региональные проблема П&внзйнйя качества и экономии электроэнергии: Тез. докл. иауч.-прак. копф. 10... 12 сентября 1991 г. - Астрахань, 1991. - С. 120.

41. A.C. П 664164 СССР,ö 01 Я 27/18, Й 02 Н 3/16. Устройство для контроля параметров язоляции отноезтельно зеылз а электроустановках 6...Ю кЗ / А.Н.Ваткня (СССР). - 3 о.

42. A.C. Л 699600 СССР, Н 02 НЗ/04, Устроййтао Для контроля изоляций в сетях до 1000 9 с язолярозаияой йойтрвлья / А.Н.Иаткйя (СССР). - 2 с.

43. A.C. Я 744370 СССР. Ol R 27/26. Устройство для as«3-реяня и контроля емкости а сети относительно земли под напря-» 5ениеи в процессе работы / А.Н.Иаткия (СССР). - 4 о.

44. A.C. Я 424087 (СССР), 4 OlR 27/26, ГотроРстм ЯХй *s-

иерения емкости кабельных сетей под рабочим напряжением / А.Н.Шаткин (СССР). - 2 с.

43, А.О, Я 962820 (ССОР),tí OlR 27/18 /М OIR 27/26. УотроИотво для измерения смкооти в заводских высоковольтных распределительных остях под рабочий напряжением / A.i!.Пат-хин (СССР), - 3 р.

46. А.С. Ж 1253959 (CCCP),d OIR 27/26. Устройство для квмервнвй йикооти в заводских высоковольтных электроустановках / Á.H. Шаткян (СССР). - 2 о.