Устройство контроля качества твердой изоляции электроустановок

Устройство контроля качества твердой изоляции электроустановки содержит источник испытательного напряжения 1, датчики токов абсорбции Д_A, Д_B и Д_C, подключенные последовательно исследуемой изоляции трех исследуемых объектов А, В, С электроустановки. К датчикам Д_A, Д_B и Д_C подключены входы усилителей 2, 3 и 4. Вход усилителя 5 подключен к датчику Д₀, установленному в цепи измерения общего тока источника 1. Выходы усилителей 2, 3, 4, 5 связаны с соответствующими входами многопозиционного коммутатора 7, вход управляющего элемента которого соединен с выходом таймера 6, связанного по этому же выходу с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8 и входом процессора 9. Выход АЦП 8 связан со вторым входом процессора 9, выход которого соединен с входом индикатора 10.

Полезная модель относится к области контрольно измерительной техники и может быть использована для контроля состояния твердой электрической изоляции электроустановок по измеренной зависимости абсорбционных характеристик изоляции от времени приложения к ней неизменного по величине напряжения постоянного тока.

Нормативный документ (Объем и нормы испытаний электрооборудования. Под редакцией Б.А.Алексеева, Ф.Л.Когана, Л.Г.Мамиконянца. - 6-е изд. - М.: НЦ ЭНАС, 1998-256 с) регламентирует оценку состояния твердой изоляции маслонаполненного оборудования по значению коэффициента абсорбции К_АБС=R₆₀/R₁₅, где R₁₅ и R₆₀, сопротивление изоляции, измеренное, соответственно, через 15 и 60 секунд после начала испытаний изоляции.

Известны устройства, мегаомметры различных марок и модификаций, которые используют для измерений абсорбционных характеристик изоляции по значению коэффициента К_АБС.

Наибольшими эксплуатационными недостатками обладают устройства (мегаомметры) с питанием от встроенного электромеханического генератора, например. M1101, МС08, поскольку их функционирование возможно только при вращении оператором ручки встроенного электромеханического генератора в течение всей операции контроля состояния изоляции, например, в течение 60 секунд.

Кроме того, величина выходного испытательного напряжения такого типа устройств зависит от интенсивности вращения оператором ручки электромеханического генератора. А это, при одновременном визуальном наблюдении за показаниями секундомера и показаниями стрелочного индикатора мегаомметра, приводит к погрешности измерений сопротивления исследуемой изоляции, как через 15 секунд, так и через 60 секунд от начала измерений.

Более удобными в эксплуатации являются устройство с автономным питанием или питанием от сети, например, мегаомметры АМ-2002, Е6-24, но оператору необходимо выполнять одновременный контроль показаний индикатора устройства и секундомера.

Недостатком приведенных выше устройств является ограниченная продолжительность регистрации динамики абсорбционных процессов в исследуемой изоляции электроустановки, поскольку объективную оценку состояния изоляции по абсорбционным характеристикам, как показали исследования, можно получить только при длительном (десятки минут) их измерении («Investigation of an Expert System for the Condition Assessment of Transformer Insulation Based on Dielectric Response Measurements» Tapan K. Saha, Senior Member, IEEE,

and Prithwiraj Purkait, Member, IEEE, IEEE transactions on power delivery, vol. 19, no. 3, july 2004, 1127).

Более совершенным устройством является мегаомметр С.А 6549 (Производитель: Chauvin Arnoux, Франция) который имеет встроенную память. Испытания изоляции с помощью мегаомметра С.А 6549 можно проводить на различных уровнях испытательного напряжения, измерять зависимость величины сопротивления изоляции R_ИЗ=f(t) и контролировать результаты измерений по выводимой на жидкокристаллический дисплей графической зависимости R=f(t). В устройство введены функции сглаживания (усреднения) результатов измерений, которые реализованы с помощью программного обеспечения устройства.

Недостатком устройства является наличие в нем только одного канала измерений. Например, для контроля состояния изоляции всех конструктивных элементов трех фаз автотрансформатора 500 кВ, необходимо выполнить более 100 измерений, что потребует более 30 часов непрерывной работы на выведенном из эксплуатации автотрансформаторе. При определяющей роли подстанций 500 кВ в энергоснабжении целых регионов, возникают проблемы в получении разрешения на столь длительное отключение автотрансформатора, что ограничивает возможность использования устройства при контроле состояния изоляции сложных электроустановок.

Наиболее близким по технической сущности является устройство («Аппаратура для контроля состояния твердой изоляции электроустановок ИТА-1К» ТУ 3185.803.13670860.2-05, зарегистрирована в Госреестре за 32210 25.07.06. Разработчик и изготовитель ООО «Электродиагност-Железнодорожник», г.Новосибирск), содержащее три канала измерения тока абсорбции. Входными блоками каналов измерения являются усилители, входы усилителей подключены к входящим в состав устройства резистивным датчикам, которые соединены последовательно изоляции контролируемых элементов электроустановки, к которой прикладывают испытательное напряжение постоянного тока. Выходы усилителей связаны с входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП), выходы АЦП связаны с входами многопозиционного коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом таймера. Второй выход таймера соединен с управляющим входом процессора, процессор связан с энергонезависимой памятью, которая является выходом процессора и ее выход связан с входом индикатора. На индикатор выводят измеренные каналами устройства графические зависимости токов абсорбции I_A=f(t)., по которым и известным критериям оценивают качество контролируемой изоляции электроустановки. Каналами измерения устройства можно выполнять одновременно измерения динамики токов абсорбции в изоляции трех элементов конструктивных элементах электроустановки, четвертым каналом устройства измеряют значение напряжения постоянного тока, приложенного к испытуемой изоляции.

Недостатком устройства является неспособность с его помощью оценить качество всей изоляции электроустановки, вследствие того, что в электроустановках имеются элементы, к изоляции которых непосредственное подключение каналов измерения устройства практически не реализуемо.

Задачей данной полезной модели является повышение диагностической надежности контроля общего состояния твердой изоляции электроустановки, за счет косвенной оценки состояния изоляции элементов электроустановки, к которым на практике подключение измерительных каналов устройства невыполнимо.

Поставленная задача реализована в устройстве контроля качества твердой изоляции электроустановки содержащим, по меньшей мере, два канала измерения токов абсорбции в изоляции элементов электроустановки, источник высоковольтного испытательного напряжения, выход которого соединен с контролируемой изоляцией, входы усилителей каналов измерений токов абсорбции в изоляции связаны с датчиками, соединенными последовательно изоляции, выходы усилителей связаны с входами многопозиционного коммутатора, управляющий элемент которого связан с выходом таймера, который, по этому же выходу, связан с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и входом процессора, второй вход которого связан с выходом АЦП, выход процессора связан с входом индикатора, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены датчик общего тока источника испытательного напряжения и усилитель, причем вход усилителя связан с датчиком общего тока источника, выход усилителя связан с входом многопозиционного переключателя.

Усилители в устройстве оснащены фильтрами электромагнитных помех.

Введение в устройство канала измерения общего тока абсорбции источника испытательного напряжения позволяет оценить качество изоляции тех конструкционных частей электроустановки, к которым каналы измерения предлагаемого устройства, в равной мере, как и каналы измерений иных устройств, не могут быть подключены в силу конструктивных особенностей изготовления электроустановки.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства, конструктивное исполнение которого позволяет одновременно выполнять измерение токов абсорбции в твердой изоляции трех элементов электроустановки А, В, С и, кроме того, измерять общий ток абсорбции на выходе источника испытательного напряжения.

Устройство содержит источник испытательного напряжения 1, датчики токов абсорбции Д_А, Д_В и Д_С, подключенные последовательно исследуемой изоляции трех исследуемых объектов А, В, С электроустановки. К датчикам Д_А, Д_В и Д_С подключены входы усилителей 2, 3 и 4. Вход усилителя 5 подключен к датчику Д₀, установленному в цепи измерения общего тока источника 1. Выходы усилителей 2, 3, 4, 5 связаны с соответствующими входами

многопозиционного коммутатора 7, вход управляющего элемента которого соединен с выходом таймера 6, связанного по этому же выходу с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8 и входом процессора 9. Выход АЦП 8 связан со вторым входом процессора 9, выход которого соединен с входом индикатора 10.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

К исследуемой изоляции элементов А, В и С электроустановки подключают источник испытательного напряжения 1 и первичные датчики токов абсорбции Д_А , Д_В и Д_С, к которым подключают, соответственно, входы усилителей 2, 3 и 4. В цепь измерения общего тока на выходе источника 1 устанавливают датчик Д₀, к которому подключают вход усилителя 5. Включают источник 1, с выхода которого к исследуемой изоляции элементов А, В и С электроустановки прикладываются заданный уровень испытательного напряжения постоянного тока. Усилители 2, 3, 4 и 5 усиливают измеренные с помощью датчиков Д_А , Д_В, Д_С и Д₀ значения токов, которые с выходов усилителей 2, 3, 4 и 5 поступают на соответствующие входы многопозиционного коммутатора 7. По командам таймера 6 управляющий элемент коммутатора 7 проводит последовательное во времени подсоединение входов коммутатора 7 к выходам усилителей 2, 3, 4, 5, что сопровождается последовательным во времени поступлением выходного сигнала усилителей на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, с последующим выводом оцифрованного сигнала с выхода АЦП 8 на вход процессора 9. Второй вход процессора 9 связан с тем же выходом таймера 6, что и АЦП 8, и это обеспечивает синхронное во времени формирование строго определенного канала связи между выходом каждого усилителя с выделенной под него программными средствами «страницы» энергонезависимой памяти процессора 9. Весь процесс съема с выходов усилителей 2, 3, 4, 5 величин измеренного тока абсорбции в электрической изоляции элементов электроустановки, последующий перевод их в оцифрованный вид с помощью АЦП 8 и занесение в память процессора 9 требует менее 0,1 с, после чего коммутатор 7 командой таймера 6 переходит в состояние, исключающее поступление информации на вход АЦП 8. Измерения токов абсорбции проводится через определенные, возрастающие в ходе проведения испытаний, промежутки времени, продолжительность которых изменяется, например, согласно логарифмически возрастающей зависимости. В паузах между измерениями процессор 9 производит обработку измеренных токов абсорбции, с выполнением для каждого выполненного измерения следующих операций:

1. Вычисляют суммарный ток абсорбции I_СУМ, протекающий по контролируемой изоляции элементов А, В и С электроустановки по соотношению:

I_СУМ=I_A+I _B+I_C;

где I_A, I _B, I_C - значения тока абсорбции, протекающие по изоляции, соответственно, элементов А, В и С электроустановки.

2. Вычисляют разностный ток абсорбции I_PA по соотношению:

I_PA=I₀-I _СУМ

где I₀ - общий ток абсорбции на выходе источника 1.

3. Измеренные и вычисленные значения токов абсорбции в строгой последовательности по времени измерений заносят на соответствующие каждому току «страницы» энергонезависимой памяти устройства.

По завершении испытаний на индикатор (дисплей) выводят графические зависимости токов абсорбции I_Д, I_B, I_C и I_PA, сравнивают с ранее установленным критерием и оценивают состояния изоляции исследованных элементов А, В и С электроустановки, в том числе, ориентировочно оценивают состояние изоляции элемента (элементов) установки, ответственного (ответственных) за динамику разностного тока абсорбции I_PA=f(t).

Увеличение каналов измерения устройства повышает производительность обследования состояния изоляции электрооборудования.

Кроме того, введение в устройство канала измерений общего (выходного) тока абсорбции источника 1 и внесение изменений в программное обеспечение устройства, позволяет выполнять оценку качества изоляции тех конструкционных элементов электроустановок, к которым, в силу конструктивных особенностей электроустановки, не могут быть подключены каналы измерений предлагаемого устройства, или иного другого устройства.

Опыт эксплуатации устройства показал, что использование схем подключения измерительных каналов устройства в заданной последовательности к изоляции имеющих внешний вывод элементов высоковольтного маслонаполненного ввода, позволяет оценить изоляционные характеристики внутренней поверхности фарфорового кожуха ввода, что без демонтажа ввода с электроустановки, проконтролировать какими-либо иными устройствами или способами (методами), невозможно.

1. Устройство контроля качества твердой изоляции электроустановки, содержащее, по меньшей мере, два канала измерения токов абсорбции в твердой изоляции элементов электроустановки, источник испытательного напряжения, выход которого соединен с контролируемой изоляцией, входы усилителей каналов измерения тока абсорбции связаны с датчиками, соединенными последовательно контролируемой изоляции, выходы усилителей связаны с входами многопозиционного коммутатора, управляющий элемент которого связан с выходом таймера, который по этому же выходу связан с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и входом процессора, второй вход которого связан с выходом АЦП, выход процессора связан с входом индикатора, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены датчик общего тока абсорбции источника испытательного напряжения и усилитель, причем вход усилителя связан с датчиком общего тока абсорбции источника, выход усилителя связан с входом многопозиционного коммутатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилители оснащены фильтрами электромагнитных помех.