Измерения в сетях переменного тока

Принцип действия большинства приборов, предназначенных для работы в сетях переменного тока, находящихся под рабочим напряжением, основан на использовании метода наложения постоянного измерительного напряжения (рисунок 3.9), аналогичного методу измерений при снятом напряжении. Так как под действием рабочего напряжения Uф в измерительной цепи может протекать, переменный ток, то для ее защиты применяют индуктивный или, как показано на схеме, емкостный фильтр (цепь R1—С1). Конденсатор С1 также защищает измерительную цепь от бросков тока I_изм в переходных режимах работы сети (при подключении электроприемников) (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9. Контроль изоляции сетей переменного тока методом наложения постоянного напряжения.

Измерение сопротивления изоляции производят при нажатой кнопке К, когда измерительная цепь замыкается через миллиамперметр А, проградуированный в единицах сопротивления. При «свободном» состоянии кнопки (в режиме автоматического контроля) цепь замыкается через резистор R_д, являющийся входным элементом блока сигнализации БС. Падение напряжения на этом резисторе, так же как и сила тока в измерительной цепи, однозначно определяется значением эквивалентного сопротивления изоляции сети. При уменьшении сопротивления изоляции это напряжение возрастает; в случае снижения сопротивления до определенного значения (установленной для данной сети уставки срабатывания сигнализации U_уст) на выходе БС появляется соответствующий сигнал (световой или звуковой).

На таком принципе работают устройства «Электрон-1» (автоматический контроль и измерение), ПКИ (автоматический _______контроль) и щитовые мегаомметры М1423, М1503, М1527. М1623. М1603.

В процессе настройки или эксплуатации электроустановки нередко возникает необходимость измерять сопротивление изоляции «прикладным» методом, не обращаясь к штатным средствам контроля. Л.П. Подольским в 1946 г. предложен достаточно простой способ двух отсчетов вольтметра применительно к трехфазным сетям (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10. Измерение сопротивления изоляции сети переменного тока

методом двух отсчетов вольтметра.

Согласно этому способу измеряют напряжение U1 между одной из фаз сети и землей. Затем между этой фазой и землей включают дополнительное сопротивление известной величины R1 и измеряют напряжение U2; вместо сопротивления R1 подключают сопротивление R2 и вновь измеряют напряжение между фазой и землей U3.

Величина эквивалентного сопротивления изоляции сети определяется по формуле:

где

Для уменьшения погрешности измерений рекомендуется принимать R1=2R2, а величину 2R2 – такой, чтобы после его подключения напряжение

фазы относительно земли уменьшилось на 75 % (U3=0.25U1).

Измерения в сетях двойного рода тока

В современных сетях переменного тока обычно присутствуют полупроводниковые выпрямители, подключенные непосредственно к фазам сети (без применения трансформаторов). Это могут быть как маломощные элементы (например, для питания катушек контакторов в магнитных пускателях), так и силовые агрегаты (питание электроприводов постоянного тока). В подобных сетях величина эквивалентного сопротивления изоляции определяется пятью составляющими: сопротивлениями изоляции ra, rb, гс фаз цепей переменного тока и сопротивлениями изоляции R1 и R2 полюсов цепи постоянного тока.

Рассмотренные выше методы измерений в сетях переменного тока называются непригодными для сетей двойного рода тока. Это объяснятся тем, что в сети двойного рода тока полюса цепи постоянного тока имеют определенные; постоянные напряжения относительно земли - в зависимости от значения сопротивления их изоляции.

Через полупроводниковый выпрямитель эти напряжения в определенной закономерности переносятся на цепи переменного тока и влияют на работу приборов контроля изоляции. Так, в простейшем случае, при использовании трехфазного неуправляемого выпрямителя, собранного по схеме Ларионова, среднее значение напряжения между фазами сети переменного тока и землей определяется выражением:

(3.6)

где UmФ – амплитуда фазного напряжения на входе выпрямительного моста;

R1, R2 — сопротивления изоляции полюсов цепи постоянного тока;

R=, R~ - эквивалентные сопротивления изоляции цепей постоянного и переменного тока соответственно.

Из этого выражения следует, что при равенстве величин R1 и R2 имеет

место U = 0 и никаких искажений в работу приборов контроля не вносится.

Однако в общем виде R1≠R2, соответственно Ucp ≠ 0. В предельных

случаях при однополюсном замыкании на корпус (R1<<R2 или R2<<R1) по-

стоянная составляющая напряжения между фазами и землей Ucp.max= ±

0,5U (U – среднее значение напряжения на выходе выпрямительного мос-

та). То есть постоянная составляющая напряжения между фазой и землей

может произвольно изменять как величину, так и знак, по абсолютному

значению достигая половины рабочего напряжения цепи постоянного тока.

В трехфазных сетях напряжением 380 В напряжение на выходе выпря-

мительного моста U=510 В. В приборах контроля изоляции измерительное

напряжение Е существенно меньше (обычно оно равно 150 В), поэтому на-

пряжение U оказывает существенное влияние на силу тока и напряжение в

измерительной цепи, вносит дополнительную погрешность. Стрелка мега-

омметра может занимать любое положение на рабочем участке шкалы, не-

зависимо от измеряемого значения сопротивления изоляции. Она может

даже зашкаливать за отметки «О» и «∞», показывая лишенные физическо-

го смысла величины R<0 и R>∞ . В качестве примера на рисунке 3.11 при-

ведены показания щитового мегаомметра типа М1503 в зависимости от

значения сопротивления изоляции отрицательного полюса цепи постоян-

ного тока при постоянном значении сопротивления изоляции положитель-

ного полюса (50 кОм) и эквивалентном сопротивлении изоляции цепей пе-

ременного тока 100 кОм (кривая 1). Кривая 2 соответствует фактическим

значениям эквивалентного сопротивления изоляции сети.

Рисунок 3.11. Эквивалентное сопротивление изоляции сети двойного рода

тока.

Из графиков видно, что кривые 1 и 2 совпадают только в одной точке, когда R1=R2= 50кОм. При низких значениях эквивалентного сопротивления изоляции (менее 10 кОм) стрелка прибора находится вблизи отметки «∞», и наоборот, при достаточно высоких сопротивлениях (более 25 кОм) прибор показывает R < 0.

ЛПО «Вибратор» выпускает мегаомметры типа М1428 и М1628, пригодные для работы в сетях двойного рода тока.

В сетях переменного и двойного рода тока можно применять метод, разработанный на кафедре безопасности жизнедеятельности СПб ТЭТУ «ЛЭТИ». Существо метода заключается в следующем. К фазам сети переменного тока подключается трехфазный выпрямительный мост, собранный на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова (рисунок 3.12)

Рисунок 3.12. Измерение сопротивления изоляции сети двойного рода тока по способу ЛЭТИ.

Вольтметром магнитоэлектрической системы поочередно измеряют три напряжения; Ucp — на выходе моста, U1— между положительным полюсом моста и землей, U2 — между отрицательным полюсом моста и землей. Расчет сопротивления изоляции сети выполняют по формуле:

(3.7),

аналогичной формуле (3.3) для метода трех отсчетов вольтметра в сетях

постоянного тока. Существенно, что в подобных случаях измерения должны производиться вольтметром именно магнитоэлектрической системы,

так как носителями информации о величине сопротивления изоляции являются только средние значения напряжений. Предел измерений вольтметра

должен соответствовать величине Ucp, то есть для трехфазных сетей 380 В

пригодны вольтметры со шкалой 0-600 В. Внутреннее сопротивление

вольтметра выбирается в соответствии с рекомендациями, приведенными

выше применительно к сетям постоянного тока.

Этот метод пригоден для применения в однофазных и трехфазных се-

тях переменного тока, в сетях с управляемыми и неуправляемыми вы-

прямителями. Во избежание ошибок в расчетах здесь также рекомендуется применять номограммы. Поскольку напряжение источников переменного

тока стабильно, номограммы оказываются существенно более простыми.

Рисунок 3.13. Номограмма