 |
|
Метод трех отсчетов вольтметра.
Этот метод заключается в последовательном измерении вольтметром с известным сопротивлением r трех напряжений: U – рабочего; U1 – между положительным полюсом сети и землей; U2 – между отрицательным полюсом и землей. Расчет искомой величины сопротивления изоляции сети производится по формуле:
|
Рассмотрим физические основания этого метода.
На рисунке 3,а показана эквивалентная схема сети постоянного тока с сопротивлениями изоляции полюсов R1, R2 и рабочим напряжением U. Напряжения между полюсами сети и корпусом U’ и U’, пропорциональны соответствующим сопротивлениям изоляции, то есть всегда выполняются следующие соотношения:
Если для измерения этих напряжений между полюсами сети и корпусом включить вольтметры V1 и V2 c равными внутренними сопротивлениями r, то получим:
|
При r>>R выражение (4) будет совпадать с предыдущим. Такой способ контроля (с использованием двух вольтметров) ранее применялся для индикации однополюсных снижений сопротивления изоляции и однополюсных замыканий на землю. Вольтметр, соответствующий полюсу с меньшим сопротивлением изоляции, имеет меньшее показание (зачастую вместо вольтметров включали две лампы накаливания). Пользуясь результатами измерения напряжений U’ и U’’, определить величины сопротивлений R1 и R2, соответственно и значение эквивалентного сопротивления изоляции сети R, не представляется возможным, так как система уравнений неполная: эквивалентная схема состоит из трех контуров, в то время как сама система содержит только два уравнения. Чтобы ее все-таки можно было разрешить, в сеть вносят нормированные искажения.
При включении вольтметра V по схеме рис. 3,б меняется эквивалентное сопротивление между положительным полюсом сети и землей (за счет шунтирования сопротивления изоляции R1 внутренним сопротивлением вольтметра r). Оно становится равным:
Так как при этом сопротивление между отрицательным полюсом сети и корпусом не изменится, то уменьшается напряжение между положительным полюсом и землей: U1 < U’(соответственно U’2>U’’). При измерении по схеме рис. 3,в аналогично получаем: U2 < U’’. С условием того, что U’+U’’ =U, при измерении методом трех отсчетов всегда справедливо неравенство
U1+ U2 < U
Следует еще раз подчеркнуть, что оно образуется за счет намеренного поочередного уменьшения сопротивлений между полюсами сети и землей путем шунтирования сопротивлений изоляции R1 и R2 известным сопротивлением r. Теперь система уравнений, составленных для напряжений U1 и U2, оказывается разрешимой, так как она содержит известные величины U, U1, U2, r и две неизвестные величины: R1 и R2. Решая систему относительно последних, получаем выражение для эквивалентного сопротивления изоляции сети.
Соотношение величин напряжений U и U1+U2, определяющее точность измерений при данном сопротивлении изоляции сети, зависит от величины сопротивления вольтметра r. Если r>>R (например, при измерении ламповым, цифровым или электростатическим вольтметром), то при подключении вольтметра в сеть вносятся несущественные искажения, так как сопротивления между полюсами сети и землей практически не изменяются. Как следствие этого получаем U1+U2 =U. Соответственно нулевыми будут результаты при расчетах по формуле (3). Наибольшая точность измерений достигается при выполнении следующего соотношения: r =0,8R, при котором U1+U2= 0,44U. Обычно рекомендуется выбирать вольтметр с внутренним сопротивлением, приблизительно равным измеряемому сопротивлению изоляции. Изложенное справедливо не только для силовых сетей, но и для низковольтных систем автоматики. В последних опасно выполнять контроль сопротивления изоляции с использованием щитовых мегаомметров, содержащих источник измерительного напряжения 100-150 В. Под действием этого источника при определенных условиях могут выйти из строя комплектующие систему полупроводниковые приборы и микросхемы.
Этот метод прост в выполнении и доступен, так как не требует применения специальной аппаратуры. Однако он имеет и ряд недостатков, связанных с необходимостью выполнения вычислений. Опыт показывает, что целесообразна подмена расчетов работой с соответствующими номограммами. В качестве примера на рис. 2.4 приведена номограмма, предназначенная для определения значения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 до 600 В. Номограмма имеет три шкалы – рабочего напряжения U, суммы напряжений полюсов сети относительно корпуса U1+U2 и искомого значения сопротивления изоляции R. Порядок работы с номограммой таков: к точкам шкал U и U1+U2, соответствующим полученным результатам измерений, прикладывается линейка; искомое значение считывается по шкале R. В практической деятельности не всегда имеется в наличии вольтметр с предусмотренным номо-граммой значением внутреннего сопротивления. Поэтому на рис. 2.5 приведена номограмма, пригодная для работы с различными типами вольтметров. Она состоит из двух параллельных шкал (U1 + U2 и R) и бинарного поля с координатами «напряжение сети – внутреннее сопротивление вольтметра». Работа с такой номограммой также не составляет труда.
Рисунок 2.4 - Номограмма для определения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренним сопротивлением 100 кОм
|  Рисунок 2.5 - Номограмма для определения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренним сопротивлением от 50 до 200 кОм
|
Существует пять основных элементов, имеющих влияние на деградацию изоляции: повреждения электрические и механические, химическая агрессия, повреждения термические, а также загрязнение среды. По причине их воздействия во время нормальной работы электроустановок и электрических устройств изоляция стареет.
Факторами, влияющими на измерение параметров, характеризующих сопротивление изоляции, являются:
· влажность;
· температура;
· измерительное напряжение;
· время измерения;
· чистота поверхности изоляционного материала.
Сопротивление изоляции — это параллельное подключение внутреннего сопротивления, зависящего от материала изоляции, и поверхностного сопротивления, зависящего от чистоты поверхности.
Ток утечки изоляции — это малый ток, протекающий между зажимами измерительных проводов, который можно разделить на две составляющие: ток, протекающий через изоляционный материал, и ток, протекающий по поверхности изоляционного материала. Этот ток быстро нарастает до постоянной величины и остаётся неизменным для выбранного измерительного напряжения. Увеличение тока утечки может стать в дальнейшем источником повреждений. Ток утечки должен быть измерен тогда, когда конденсатор, представляющий собой ёмкость изоляции, заряжен, а явление абсорбции установилось.
Ток абсорбции, имеющий сначала значительную величину, через определённое время (большее, чем время заряда ёмкости изоляционного материала) стремится к нулю.
С представлением абсорбции связан ток диэлектрического поглощения. Этот ток является результатом перемещения заряженных частиц и диполей в изоляции под воздействием электрического поля. Диполи устанавливаются параллельно линиям внутреннего электрического поля.
2.2.3 Измерение сопротивления изоляции мегаомметром
Количество замеров сопротивления изоляции зависит от количества проводов в линии (в общем, от 4 до 15 замеров на линию). По итогам проверки изоляции принимается решение – заменить или починить неисправную изоляцию или оставить ее как есть, если она в хорошем состоянии и соответствует всем нормам.
Специально для выполнения замеров сопротивления изоляции кабелей и проводов был создан прибор мегомметр (мегаомметр) – в отличие от омметра он используется при высоких напряжениях (1000-2500 В).
Перед замерами проводится визуальный осмотр всех кабелей и проводки, осмотр электрооборудования и распределительных коробок, особенное внимание следует уделить местам, где изоляция имеет оплавленные концы (это значит, что в этих местах кабель или провод перегревается, что является также неполадкой и подлежит устранению). После визуального осмотра проводятся замеры сопротивления изоляции. Для этого необходимо отключить от всех измеряемых кабелей и проводов все оборудование, сами кабели отключить от электропитания, снять все лампы в энергосистеме, проверить, чтобы все выключатели были включены. Только после выполнения всех этих условий можно проводить измерения сопротивления изоляции. Последним, но тоже важным условием можно назвать проверку приборов на актуальность – мегомметры ежегодно должны проходить испытания, без которых они не допускаются к работе.
Измерения сопротивления изоляции (контура заземления, проводки, контрольного кабеля) проводятся с помощью трех основных, наиболее часто используемых, показателей: коэффициентов абсорбции и поляризации изоляции (которые дают наиболее достоверные и качественные результаты), а также сопротивления изоляции постоянному току (этот метод распространен, но менее эффективен). Измерения с помощью этих способов позволяют определить наличие повреждений и загрязнений изоляции, ее увлажнение или старение. Измерение сопротивления изоляции контрольного кабеля проводится не во всех, а только в самых важных электрических цепях.