Измерение сопротивл изоляции Лекц
advertisement
Измерения сопротивления изоляции проводов, кабелей, силового электрооборудования и аппаратов. Изоляция различных электрических установок вследствие влияния окружающей среды, нагрева, механических воздействий в процессе эксплуатации достаточно легко подвергается изменению и повреждению, в результате чего ее изоляционные свойства снижаются. Поэтому за состоянием изоляции установок необходимо следить в течение всего времени эксплуатации. Цель проведения измерений - проверка соответствия сопротивления изоляции установленным нормам. Нормы определены в ПУЭ и ПТЭЭП (правила технической эксплуатации электроустановок потребителя). Для электроустановок, напряжением до 1000 В допустимые значения сопротивления изоляции представлены в таблице. Испытуемый элемент Напряжение Наименьшее мегаомметра, допустимое В значение сопротивления изоляции, МОм Шины постоянного тока на щитах управления и в распределительных устройствах (при отсоединенных цепях) 500-1000 10 Цепи питания приводов выключателей и разъединителей 500-1000 1 500-1000 1 500 0,5 1000 0,5 500-1000 0,5 2500 0,5 * Цепи управления, защиты, автоматики и измерений, Вторичные цепи и элементы при питании от отдельного источника или через разделительный трансформатор, рассчитанные на рабочее напряжение 60 В и ниже ** Электропроводки, в том числе осветительные сети Распределительные устройства, щиты и токопроводы (шинопроводы) Кабели сечение 16 мм2 и выше, бронированные, электродные котлы, силовые трансформаторы * Измерение производится со всеми присоединенными аппаратами (катушки, провода, контакторы, пускатели, автоматические выключатели, реле, приборы, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения и т.п.). ** Должны быть приняты меры для предотвращения повреждения устройств, в особенности микроэлектронных и полупроводниковых элементов. Отсюда следует: 1) наименьшее сопротивление изоляции должно быть не ниже 0,5 Мом; 2) испытательные напряжения в интервале 500 В - 2,5 кВ Периодичность. Измерение сопротивления изоляции числе и осветительных сетей, производится не реже электропроводок в особо опасных помещениях и стационарных, электроплит и лифтов - не реже 1 раза электропроводок, в том 1 раза в 3 года, а для наружных установках в год. Применяемые приборы. Для измерения сопротивления изоляции применяются мегаомметры генераторного типа или цифровые измерители с преобразователем напряжения. Измеритель сопротивления изоляции и целостности электрических цепей «Метрел». Измерение сопротивления изоляции в диапазоне до 100 ГОм, с разрешением 0,01 Мом. Вычисление коэффициентов абсорбции и поляризации, характеризующих степень увлажненности и степень старения изоляции соответственно. Проверка целостности проводников при испытательном токе 200 мА в диапазоне до 2 кОм, с разрешением 0,01 Ом. Проверка целостности проводников при испытательном токе 7 мА в диапазоне до 2 кОм, с разрешением 0,1 Ом. Измерение напряжения. Прибор имеет режим непрерывного измерения сопротивления изоляции, в ходе которого вычисляются коэффициенты абсорбции и поляризации, позволяющие оценить степень увлажненности изоляции и выявить процессы старения. Широкий диапазон рабочих температур — от -20 °С до +40 °С. Контроль точности результатов измерений обеспечивается ежегодной поверкой приборов в органах Госстандарта РФ. Приборы должны иметь действующие свидетельства о госповерке. Выполнение измерений прибором с просроченным сроком поверки не допускается. Измерение сопротивления изоляции силового оборудования. Значение сопротивления изоляции электрических машин и аппаратов в большой степени зависит от температуры. Замеры следует производить при температуре изоляции не ниже +5 0С кроме случаев, оговоренных специальными инструкциями. При более низких температурах, результаты измерения из-за нестабильного состояния влаги не отражают истинной характеристики изоляции. При существенных различиях между результатами измерений на месте монтажа и данным завода-изготовителя, обусловленных разностью температур, при которых проводились измерения, следует откорректировать эти результаты по указаниям изготовителя. Степень увлажненности изоляции характеризуется коэффициентом абсорбции, равным отношению измеренного сопротивления изоляции через 60 секунд после приложения напряжения мегаомметра (R60) к измеренному сопротивлению изоляции через 15 секунд (R15), при этом: Kабс=R60/R15 Коэффициент поляризации. Указывает способность заряженных частиц и диполей в диэлектрике перемещаться под действием электрического поля, что определяет степень старения изоляции. Коэффициент поляризации также должен значительно превышать единицу. Коэффициент поляризации - это отношение измеренного сопротивления изоляции через 600 секунд после приложения напряжения мегаомметра R600 к измеренному сопротивлению изоляции через 60 секунд (R60) Кполяр. =R600/ R60 Сопротивление изоляции автоматических выключателей и УЗО производятся: 1. Между каждым выводом полюса и соединенными между собой противоположными выводами полюсов при разомкнутом состоянии выключателя или УЗО; 2. Между каждым разноименным полюсом и соединенными между собой оставшимися полюсами при замкнутом состоянии выключателя или УЗО; 3. Между всеми соединенными между собой полюсами и корпусом, обернутым металлической фольгой. При этом для автоматических выключателей бытового или аналогичного назначения и УЗО при измерениях по пп. 1, 2 сопротивление изоляции должно быть не менее 2 МОм, по 3 – не менее 5 МОм. Меры безопасности Измерения сопротивления изоляции мегаомметром разрешается выполнять в электроустановках напряжением выше 1000 В по наряду, бригадой не менее двух человек, один из которых должен иметь группу по электробезопасности не ниже IV. В электроустановках напряжением до 1000 В измерения выполняются по распоряжению двумя работниками, один из которых должен иметь группу по электробезопасности не ниже III. В электроустановках до 1000 В, расположенных в помещениях, кроме особо опасных в отношении поражения электрическим током, работник, имеющий группу III и право быть производителем работ, может проводить измерения единолично. Порядок проведения измерений. При измерении сопротивления изоляции следует учитывать, что для присоединения мегаомметра к испытываемому объекту необходимо пользоваться гибкими проводами с изолирующими рукоятками на концах и ограничительными кольцами перед контактными щупами. Длина соединительных проводов должна быть минимальной исходя из условий проведения измерений, а сопротивление их изоляции не менее 10 МОм. Измерения сопротивления изоляции мегаомметром должно осуществляться на отключенных токоведущих частях, с которых снят заряд путем предварительного их заземления. Заземление с токоведущих частей следует снимать только после подключения мегаомметра. Измерения мегаомметрами проводятся в следующей последовательности: — проверить отсутствие напряжения на испытываемом объекте; — очистить изоляцию от пыли и грязи вблизи присоединения мегаомметра к испытываемому объекту; — присоединить испытываемый объект к гнездам; — выбрать выходное напряжение, соответствующее испытываемому объекту; — для проведения измерений вращать рукоятку генератора со скоростью 120-140 оборотов в минуту (мегаомметра генераторного типа) или нажать кнопку пуска измерения (цифрового измерителя); — снять показания мегаомметра. Внимание! После каждого измерения необходимо снимать емкостной заряд путем кратковременного заземления частей испытываемого объекта, на которые подавалось выходное напряжение мегаомметра. Результаты измерений оформляются протоколами. Сопротивление изоляции электроустановок можно измерять при снятом напряжении и под напряжением. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ УСТАНОВКИ НЕ НАХОДЯЩЕЙСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ Каждую электрическую сеть можно рассматривать состоящей из ряда последовательно соединенных участков единичной длины, а сопротивление изоляции — состоящим из ряда параллельно соединенных между собой сопротивлений изоляции единичных участков (рис.). Таким образом, электрическую сеть можно заменить эквивалентной схемой, в которой между проводами и между проводами и землей включены сосредоточенные сопротивления, эквивалентные сопротивлениям единичных участков (рис.). Согласно (ПУЭ) сопротивление изоляции, при снятых плавких вставках, требуется измерять на участке между смежными предохранителями или за последним предохранителем между любым проводом и землей, а также между двумя любыми проводами. Для измерения сопротивления изоляции установки, не находящейся под рабочим напряжением, приемники энергии отсоединяются (на рис. не показаны). Для измерения сопротивления rА (изоляции провода А относительно земли) один зажим мегомметра присоединяется к испытуемому проводу, а другой его зажим к земле. При этом в результате измерения будет найдено эквивалентное сопротивление разветвления двух ветвей: одной rА и второй r + rАВ. Это найденное сопротивление rэА будет или меньше сопротивления rА или равно ему, если rВ+rАВ = . В общем случае rэА rА. Измеряя аналогично сопротивление rВ между проводом В и землей и rАВ между проводами А и В, определим наименьшие значения сопротивлений rВ и rАВ. Для измерения сопротивления изоляции провода А трехпроводной установки относительно земли один зажим мегомметра присоединяют к проводу А, а второй к земле (рис.). В этом случае будет измерено эквивалентное сопротивление rэА двух параллельных ветвей, одной rА и второй, состоящей из пяти сопротивлений. Как было показано, rэА rА. Измеряя аналогично сопротивления между проводом В и землей, между проводом С и землей и между проводами АВ, ВС и СА, можно определить наименьшие значения сопротивлений rВ , rС , rАВ, rВС и rСА. Если приемники энергии присоединены к электрической сети, то три провода установки будут соединены между собой малыми (по сравнению с сопротивлением изоляции) сопротивлениями приемников, и, следовательно, сопротивления изоляции проводов относительно земли rА, rВ и rс (рис.) соединены между собой параллельно. В этом случае имеет смысл производить измерение сопротивления изоляции между одним из проводов и землей, причем результат измерения следующий: rиз=rАrВrС/(rАrВ +rВrС+rСrА) Если при включенных приемниках энергии значение rиз удовлетворяет требованию ПУЭ, то тем более она удовлетворит этим требованиям при отсоединенных приемниках анергии. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ УСТАНОВКИ, НАХОДЯЩЕЙСЯ ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ Для измерения сопротивления изоляции установки, находящейся под рабочим напряжением U, измеряют вольтметром напряжение U, напряжение UA между проводом А и землей и напряжение UB между проводом В и землей (рис.). Включив вольтметр между проводом А и землей (положение переключателя А) и обозначив rV сопротивление вольтметра, можно написать выражение тока, идущего через rВ сопротивление изоляции провода В: U U A U I1 r r rB rB A V rA rV Включив вольтметр между проводом В и землей (положение переключателя В), можно написать выражения тока, идущего через rА сопротивление изоляции провода А: U UB U rr rA rA B V rB rV Решив совместно уравнения, найдем сопротивление IA rА = rV (U - UA - UB)/UB (6-20) и сопротивление rВ = rV (U - UA - UB)/UA Если сопротивление rАrV, то при включении V на А, вольтметр будет соединен последовательно с сопротивлением rB, которое можно определить по U формуле (6-9): RB RV ( 1), что хорошо согласуется с предыдущей формулой. UA Аналогично, если rB>rV, то при подключении вольтметра к В, вольтметр будет соединен последовательно с сопротивлением rА, значение которого U RA RV ( 1) при RV и U – const. UB Таким образом, показания вольтметра, включенного между проводом и землей, при постоянном напряжении сети зависят только от сопротивления изоляции второго провода. Поэтому на шкале вольтметра можно нанести деления, дающие значения сопротивления. Контроль за состоянием изоляции в двухпроводных сетях можно осуществить при помощи вольтметров (рис. 6-34). При нормальном состоянии изоляции каждый из вольтметров покажет напряжение, равное половине напряжения сети.Уменьшение сопротивления изоляции одного из проводов вызовет уменьшение показаний вольтметра, подключенного к этому проводу, и увеличение показаний второго вольтметра вследствие уменьшения эквивалентного сопротивления между зажимами первого вольтметра и распределения напряжения сети пропорционально сопротивлениям. Для контроля за изоляцией в трехфазных сетях применяются три вольтметра (рис. 6-35). При исправной изоляции всех трех проводов вольтметры показывают одинаковые фазные напряжения. При уменьшении сопротивления изоляции одного из проводов, например первого, показание первого вольтметра уменьшается, так как уменьшится разность потенциалов между первым проводом и землей. В то же время показания других вольтметров возрастут. При уменьшении сопротивления изоляции первого провода до нуля показание первого вольтметра будет равно нулю, а второй и третий вольтметры покажут линейные напряжения. В трехфазных цепях с незаземленной нейтралью при напряжении выше 1 кВ для контроля за изоляцией применяются вольтметры с тремя однофазными трансформаторами напряжения (рис. 3.36) или с одним пятистержневым трансформатором (рис.3.37). Трехстержневые трансформаторы для этой цели не пригодны, так как при заземлении одной из фаз первичная обмотка этой фазы трансформатора будет замкнута накоротко, а две другие будут находиться под линейными напряжениями, вследствие чего создаются неблагоприятные условия для работы трансформатора. В пятистержневом трансформаторе при заземлении одной из фаз магнитные потоки двух других фаз трансформатора замкнутся через дополнительные стержни магнитопровода, не вызывая недопустимого нагрева трансформатора. К обмоткам, наложенным на дополнительные стержни, присоединяются реле и сигнальные приборы, приходящие в действие при заземлении одной из фаз установки. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЛИНИИ При повреждении изоляции кабельной линии важно определить место повреждения, для того чтобы быстро устранить его. В кабелях могут быть следующие повреждения: 1) пробой изоляции между жилой и броней; 2) пробой изоляции между жилами; 3) обрыв жилы; 4) сложные комбинированные повреждения. Одним из методов определения места повреждения изоляции является метод петли. Он применяется в том случае, если произошел пробой между жилой кабеля и броней или между двумя жилами в трехжильном кабеле. Точное определение возможно при малом сопротивлении места пробоя, не выше 1 000 Ом. Если сопротивление велико, то его необходимо уменьшить прожиганием, что достигается обугливанием изоляции при прохождении постоянного или переменного тока высокого напряжения через поврежденное место изоляции. Метод петли из жил кабеля метод Муррея представляет собой использование схемы одинарного моста. Для определения места пробоя между жилой и броней или землей концы бб' исправной и поврежденной жил кабеля закорачиваются. К двум другим концам аа' подключают магазины сопротивлений R и ra и гальванометр (рис.). Зажим, в котором соединены магазины резисторов, через батарею элементов соединен с землей. В результате имеем схему моста (рис.), равновесие которой определяется условием R1 Rx R2 ( 2 R Rx ) откуда RX 2 RR2 R1 R2 Определив rx, зная удельное сопротивление материала жил кабеля и их сечение S, по формуле lx = rxS определяют расстояние от конца кабеля а' до места повреждения изоляции. При неизменном сечении жил кабеля в (6-24) rx и r можно заменить их выражениями: l l R2 X 2 S S R1 R2 откуда определяется расстояние до места повреждения l X 2l R2 R1 R2 Для проверки результата измерения производят второе аналогичное измерение, поменяв концы кабеля а и а'. При этом расстояние до места повреждения определяют по формуле R2' l y 2l ' R1 R2' где R' и r'А значения сопротивлений плеч моста при втором измерении. Правильность результатов измерений подтверждается равенством l X l y 2l Сопротивление соединительного провода и переходные сопротивления в точках бб' должны быть малы. Для определения места повреждения изоляции кабеля можно применить мост РЗЗЗ или кабельный мост Р334. Лекция ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ЗАЗЕМЛЕНИЮ Заземлителем называется металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановки с заземлителем. Совокупность заземлителя и заземляющих проводников называется заземляющим устройством. Заземлением называется преднамеренное электрическое соединение какойлибо части электроустановки с заземляющим устройством. Сопротивлением заземления (заземляющего устройства) называется сумма сопротивлений заземлителя относительно земли и заземляющих проводников. Сопротивление заземлителя относительно земли определяется как отношение напряжения на заземлителе относительно земли к току, проходящему через заземлитель в землю. Сопротивление заземления может сильно изменяться от времени года и состояния погоды (дождь или сухая погода). Сопротивление заземления не должно повышаться более некоторого установленного ПУЭ значения, так как иначе обслуживание установки может стать небезопасным или сама установка может оказаться в недопустимых условиях работы, например: 1) согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяются нейтрали генераторов и трансформаторов напряжением до 1 кВ мощностью меньше 100 кВ.А, должно быть не более 10 Ом, а при большей мощности не более 4 Ом; 2) сопротивление заземляющего устройства для заземления электрооборудования напряжением до 1 кВ при мощности генератора или трансформатора менее 100 кВ-А должно быть не более 10 Ом, а при большей мощности не более 4 Ом. 3-х точечная схема измерения сопротивления заземления Если к двум заземлителям одиночным трубам, расположенным в земле на большом расстоянии (50-60 м), приложить напряжение U (рис.), то через землю и заземлители пойдет ток. Если один зажим электростатического вольтметра соединить с первым заземлителем, а второй зажим при помощи железного штыря зонда соединять с землей в точках, расположенных на прямой, соединяющей заземлители, то можно получить кривую падения напряжения по линии, соединяющей заземлители (рис. 6-39, а). Из кривой видно, что вблизи заземлителей напряжение растет, а далее на среднем участке между трубами остается неизменным. Такое распределение напряжения объясняется тем, что линии тока у первого заземлителя расходятся, а у второго сходятся, следовательно, плотность тока вблизи заземлителей большая, а на большом расстоянии от них ничтожно малая. На основании сказанного выше сопротивление первого заземлителя rA= UАД/I, а второго rВ=UBГ/I. Точки поверхности земли в зоне, падение напряжения в которой равно нулю (зона ДГ, рис. 6-39), называются точками нулевого потенциала. Потенциал х. любой точки х в зоне заземлителя будет равен напряжению между этой точкой и точкой нулевого потенциала, например точкой Д: U XД Ч Д Ч о X а потенциалы заземлителей А и В, называемые полными потенциалами, будут равны: А = UАД С/АД и В =UВГ. Кривая распределения потенциала на поверхности земли на линии, соединяющей заземлители А и В, дана на рис., форма ее зависит только от формы заземлителей и их расположения. Измерение сопротивления заземления можно производить различными методами, например методом амперметра и вольтметра; методом компенсации; при помощи специальных логометров и др. Во всех случаях измерения сопротивления заземления применяют переменный ток. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ МЕТОДОМ АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА Этим методом рекомендуют пользоваться при ответственных измерениях и при изменении малых сопротивлений заземлений. Испытуемый заземлитель А (рис. 6-41) и вспомогательный заземлитель В соединены со вторичной обмоткой силового трансформатора. Измерив ток амперметром и напряжение вольтметром, соединенным с заземлителем А и зондом, расположенным в зоне нулевого потенциала, определим сопротивление заземлителя A: rх= U/I. Вольтметр должен обладать большим по сравнению с зондом сопротивлением, так как они соединены последовательно (рис.), а падение напряжения на зонде должно быть ничтожно малым. В противном случае возникнет значительная погрешность. Она может быть выражена так: RЗН 100% RV RЗН Для измерений следует применять вольтметры электростатической, электронной или детекторной систем. ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ТИПА на основе МЭ измерительного механизма Измеритель типа M1103 имеет источник питания переменного тока, трансформатор тока ТТ, вторичная обмотка которого замкнута на резистор rаб, и измерительный механизм И магнитоэлектрической системы, присоединенный ко вторичной обмотке изолирующего трансформатора ИТ через механический выпрямитель. При измерении зажим 1 прибора соединяется с испытуемым заземлителем А, зажим 2 с зондом ЗН, зажим 3 с вспомогательным заземлителем В. При вращении рукоятки генератора ток I1 проходит от зажима генератора Г по первичной обмотке трансформатора тока, заземлителю А, земле и заземлителю В. Ток I1 создает на измеряемом сопротивлении падение напряжения U1 = I1rx. Ток вторичной цепи I2 создает на сопротивлении rад падение напряжения U2= I2rад. Перемещая движок, можно получить компенсацию U1=U2, при которой тока в первичной обмотке изолирующего трансформатора не будет, а следовательно, не будет тока и во вторичной цепи изолирующего трансформатора и измерительном механизме И (и = 0). В этом случае I1rx = I2rАД, но при I1 = I2 имеем rx = rад. Значение сопротивления заземления отсчитывается на шкале прибора по положению движка д. Шунтированием резистора rаб (сопротивление rш) предел измерения изменяется от 10 до 50 Ом. Исправность прибора проверяется при отключенных заземлителях и переключателе П2 в положении К, при котором к зажимам 1 и 2 присоединяется резистор rк = 10 Ом, а зажимы 2 и 3 замыкаются. При вращении рукоятки прибора компенсация должна быть при положении движка на 10 Ом. При номинальной частоте вращения рукоятки прибора 120 об/мин частота тока генератора 120 Гц. Для измерения сопротивления зажимы прибора 2 и 3, соединенные вместе, присоединяются к одному зажиму измеряемого сопротивления, а второй зажим его присоединяется к зажиму 1 прибора. Процесс измерения не отличается от рассмотренного выше. Изолирующий трансформатор и механический выпрямитель обеспечивают независимость показаний от блуждающих токов. Сопротивления зонда, мало влияют на результат измерения. ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ на основе логометра Принципиальная схема измерителя дана на рис. 6-44. Одна рамка логометра включена в цепь тока I1 последовательно с испытуемым заземлителем А и вспомогательным заземлителем В. Вторая рамка логометра вместе с добавочным резистором Rд подключена к испытуемому заземлителю и зонду ЗН. Цепь второй рамки, сопротивление которой R2 находится под напряжением, равным падению напряжения на измеряемом сопротивлении Rд, и, следовательно, ток в этой рамке I2=I1Rx/(R2+Rд+Rзн). Угол поворота подвижной части логометра I R R Д RЗН К f f 1 f 2 I R R 2 X X При постоянном значении k = R2 RД К ЗН угол поворота подвижной части зависит только от Rх. Сопротивление зонда может изменяться, поэтому добавочное сопротивление Rд регулируют перед каждым измерением, изменяя его до тех пор, пока стрелка прибора не установится на контрольной отметке шкалы. Измерение сопротивлений заземления производится на переменном токе, а магнитоэлектрический измерительный механизм применим только при постоянном токе. Приборы типа МС-08 имеют электромеханический преобразователь МП постоянного тока в переменный и механический выпрямитель (MB на рис. 6-45). В течение первой половины оборота механического преобразователя ток в его цепи проходит в одном направлении (рис. 6-45). Затем преобразователь переключает часть цепи, состоящей из измеряемого заземлителя, земли и вспомогательного заземлителя, и по ней в течение второй половины оборота проходит ток обратного направления. Следовательно, в земле проходит переменный ток, и к двум щеткам механического выпрямителя, соединенным с землей, будет приложено переменное напряжение; на двух других щетках этого выпрямителя будет выпрямленное напряжение, под которым и находится цепь второй рамки и добавочного сопротивления. На рис. 6-45 участки цепи, по которым проходит переменный ток, показаны пунктиром. Механический преобразователь и выпрямитель делают показания прибора практически не зависимыми от блуждающих токов, а регулируемый добавочный резистор исключает влияние сопротивления зонда. У прибора имеются три предела измерения 10, 100, и 1 000 Ом.
