Указания по контролю изоляции под рабочим напряжением
1.1. Указания определяют методы и технические средства, применяемые для контроля электрооборудования под рабочим напряжением путем выявления изменений диэлектрических характеристик изоляции.
Рассматриваются методы периодических испытаний при помощи переносных устройств.
1.2. Контролируемые объекты — оборудование с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (вводы и трансформаторы тока с номинальным напряжением 110 кВ и более).
Контроль производится путем измерения тока, протекающего через изоляцию объекта при рабочем напряжении на нем.
Контролируемые параметры:
— относительное значение изменения модуля комплексной проводимости у — ΔΥ/Υ;
— изменение тангенса угла диэлектрических потерь — Δtgσ;
— относительное значение изменения емкости изоляции — ΔС/С.
Параметр у является обобщенным:
Состояние изоляционной конструкции объекта контроля характеризуется текущими значениями контролируемых параметров и скоростью их изменения во времени.
1.3. Контроль под рабочим напряжением возможен только в случае, если объект имеет вывод от низкопотенциального (измерительного) электрода изоляционной конструкции, через который протекает подлежащий измерению ток через изоляцию.
Измерительными выводами являются:
— специальный (для ПИН) или измерительный выводы высоковольтного ввода;
— вывод от наружной обкладки изоляции или экрана трансформатора тока (нулевой вывод).
1.4. Основным условием обеспечения безопасности производства контроля под напряжением является наличие стационарной схемы присоединения измерительных устройств. Все объекты, контролируемые под напряжением, должны быть оборудованы стационарными устройствами присоединения, исключающими возможность повреждения оборудования и обеспечивающими безопасность проведения измерений. Присоединение переносных устройств контроля должно производиться без вмешательства в рабочий режим объекта.
Описание устройства присоединения, отвечающего этим требованиям, приведено в приложении 1.
Контроль состояния изоляции элементов распределительных устройств
Одним из важнейших видов испытаний после монтажа или капитального ремонта распределительных устройств является определение общего среднего уровня состояния изоляции элементов распределительных устройств и выявление слабых мест в изоляции (местные дефекты) .
Наиболее распространенным и простым методом контроля изоляции как первичной, так и вторичной коммутации устройств является измерение величины сопротивления изоляции выпрямленным напряжением при помощи мегомметра. Им хорошо выявляются слабые места в изоляции аппаратуры, которые сопровождаются резким снижением сопротивления изоляции фаз друг относительно друга или относительно земли. При отсутствии явных пробоев и соединений измерение этим методом дает представление о среднем состоянии изоляции, главным образом в отношении ее увлажнения и загрязнения.
Судить о состоянии изоляции отдельных элементов устройства по данным измерения следует сравнением с измерением при предыдущем текущем ремонте, сравнением показаний по отдельным фазам отдельных однотипных элементов между собой. Резкое уменьшение сопротивления изоляции, например, одного изолятора по сравнению с другим говорит о наличии в нем дефекта.
Измерение сопротивления изоляции при помощи мегомметра может производиться только после снятия рабочего напряжения и емкостного заряда с аппаратуры или элементов распределительных устройств.
Для подвесной и опорной изоляции подстанций применяется метод измерения распределения напряжения по изоляции в рабочих условиях при помощи специальной штанги. Распределение напряжения по поверхности здоровой изоляции для данного типа изоляции является вполне определенным и может быть представлено характерной кривой. При повреждении одного из элементов изоляции распределение напряжения изменяется: на поврежденном элементе оно уменьшается, а на здоровых — соответственно увеличивается.
В качестве примера на рисунке приведены кривые распределения напряжения на гирлянде 110 кВ для годных изоляторов и для случая повреждения четвертого изолятора. Изолятор подлежит замене, если величина приходящегося на него напряжения, измеренная штангой. снизилась по сравнению с напряжением, приходящимся на годный изолятор, не менее чем 1,5 — 2 раза.
Результаты измерений распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов: 1 — для здоровых изоляторов, 2 — при повреждении четвертого изолятора сверху.
Для высоковольтных маслонаполненных, мастиконаполненных и бакелитовых изоляторов и вводов общее состояние изоляции зависит от величины диэлектрических потерь. Однако более удобным показателем, характеризующим средний уровень состояния изоляции вводов, являются не потери (зависящие также и от размера изолятора), а тангенс угла потерь, практически равный отношению активного тока утечки к емкостному току ( tg δ = I а/ I с), Эта величина измеряется специальными приборами (мостами).
Измерение угла диэлектрических потерь дает возможность следить за процессом старения такой гигроскопической изоляции, как бакелит, бумага и пр., у которой образуются воздушные прослойки, что способствует проникновению влаги в изоляцию.
Эти и все другие изменения, ведущие к снижению качества этой изоляции, дают увеличение потерь в диэлектрике. Поэтому контроль среднего уровня состояния изоляции методом определения тангенса угла диэлектрических потерь является обязательным для всех маслонаполненных, мастиконаполненных и бакелитовых изоляторов и вводов. Фарфоровая изоляция по своей структуре такого контроля не требует.
Для выявления ослабленных мест в обязательный комплекс испытаний всех видов изоляции входит испытание как первичной, так и вторичной коммутации устройств повышенным напряжением. Величина испытательного напряжения и периодичность испытаний как отдельных аппаратов, так и всего устройства в целом регламентируются объемом и нормами испытаний.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
12. Контроль изоляции, обнаружение ее неисправностей
Режим работы электрической сети, изолированной от земли (режим изолированной нейтрали, IT-системы), широко применяется в электроустановках, требующих повышенной надежности энергоснабжения, и особоопасных по условиям электропоражения. К таким электроустановкам относятся системы энергоснабжения медицинских учреждений, больниц, судов, железнодорожных предприятий, горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, химической промышленности, испытательного, лабораторного, взрывоопасного производства и многие другие.
В электрических сетях и электроустановках, изолированных от земли, условия электробезопасности и надежности энергоснабжения в значительной мере определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емкостью относительно земли. Для обеспечения требуемого уровня сопротивления изоляции в электрической сети или конкретной электроустановке правила предписывают ведение непрерывного автоматического контроля (мониторинга) сопротивления изоляции, осуществляемого устройствами контроля изоляции.
Поскольку в таких сетях условия электробезопасности могут быть обеспечены высоким сопротивлением изоляции, применение УЗО не всегда оправдано, хотя в отдельных случаях может оказаться необходимым.
Функции устройства контроля изоляции заключаются в измерении сопротивления изоляции сетей под рабочим напряжением и при включенных токоприемниках, оценке результатов измерения путем сравнения с уставкой, задаваемой, как правило, по условиям электробезопасности, и, в случае необходимости, включении сигнализации или воздействии на отключающий аппарат.
Таким образом, устройство контроля изоляции осуществляет «защиту человека изоляцией цепей электроустановки» путем ведения непрерывного измерения сопротивления изоляции с целью поддержания его значения на уровне, обеспечивающем условия электробезопасности.
Вышеизложенное означает, что контроль изоляции является, необходимым, но не достаточным условием обеспечения условий электробезопасности. Достаточными условиями могут быть: поддержание сопротивления изоляции на уровне выше критического, защитное отключение и т.п.
По назначению устройства контроля изоляции можно разделить на группы:
А — устройства автоматического (непрерывного) контроля сопротивления изоляции сети или установки относительно земли;
Б — инспекторские приборы для периодических контрольных измерений сопротивления изоляции в рабочем режиме сети;
В — устройства селективного обнаружения в разветвленных электрических сетях присоединения (фидера) с пониженным уровнем сопротивления изоляции.
В настоящее время в России и за рубежом выпускаются устройства контроля изоляции, отличающиеся друг от друга принципом действия, конструктивными решениями, областью применения, надежностью работы.
Лидирующее положение в данной области производства занимает германская фирма Bender GmbH, имеющая филиалы и дочерние фирмы во многих странах мира — США, Бразилии, Франции, Словакии, Южной Корее и др.
Программа производства данной фирмы включает в себя устройства контроля изоляции для сетей переменного тока напряжением до 690 В, сетей постоянного тока до 500 В, смешанных (переменного и постоянного тока), отключенных (включаемых периодически), устройства поиска поврежденных присоединений (фидеров) в разветвленных сетях переменного тока напряжением до 10 кВ и постоянного тока до 690 В и др.
Особое место в программе занимают установки резервированного электроснабжения медицинских учреждений, например, операционных и помещений экстремальной терапии.
Российское предприятие ОПЗ МЭИ освоило производство по лицензии фирмы Bender GmbH устройства автоматического контроля изоляции «АСТРО-ИЗО-470», имеющего следующие технические параметры:
Номинальное рабочее напряжение, 0-690 В
Частота переменного тока, 50-60 Гц
Диапазоны уставок по сопротивлению изоляции, 1-20 и 10-200 кОм
Сигнализация, на табло и дистанционная
Количество пар контактов исполнительного реле, 2
Исполнение, щитовое, на ДИН-рейке
Внешний вид устройства и схемы подключения показаны на рис. 12.1 и 12.2.
Рис 12.1. Внешний вид устройства контроля изоляции АСТРО-ИЗО
Рис 12.2. Схемы подключения устройства контроля изоляции АСТРО-ИЗО
Важное значение имеет выбор уставки устройств автоматического контроля сопротивления изоляции. Выбор уставки осуществляют по условиям электробезопасности или по устойчивому среднему уровню сопротивления изоляции сети относительно земли.
Одним из наиболее трудоемких и сложных мероприятий в практике эксплуатации сетей с изолированной нейтралью является выявление фидера с пониженным сопротивлением изоляции. Существует класс приборов (RCM — residual current monitor — устройство контроля дифференциального тока), стационарных, с токовыми датчиками на присоединениях, и переносных, в виде токоискательных клещей, позволяющих осуществлять селективный контроль изоляции.
Селективным (избирательным) принято называть действие защитного устройства, обеспечивающее отключение только поврежденного участка сети или элемента электрооборудования посредством ближайших к нему выключателей. Алгоритм селективного отключения присоединений должен быть составлен с учетом конфигурации сетей, их разветвленности, категории электроснабжения и т.д.
Принцип селективности действия электрозащитного устройства может быть сформулирован в виде двух условий — необходимого и достаточного.
Необходимым (но не достаточным) условием селективности действия устройства является наличие у каждого контролируемого объекта (электрической цепи) датчика, контролирующего состояние сопротивления его изоляции.
Достаточным условием обеспечения селективности является выбор оптимального алгоритма опроса датчиков и команд на отключение аппаратов.
В качестве примера устройства поиска поврежденного присоединения в разветвленных сетях переменного тока напряжением до 10 кВ с системами заземления TN или IT можно привести прибор RCMS-470 производства вышеупомянутой фирмы «Bender», позволяющий вести постоянный контроль токов утечки в 12 фидерах одновременно. Для каждого из фидеров может быть задана соответствующая уставка по дифференциальному току. Выходной сигнал с прибора может быть подан либо на устройства сигнализации, либо на исполнительные устройства — выключатели.
Контроль изоляции оборудования высокого напряжения — Контроль изоляции без отключения оборудования
Особенностью рассматриваемой системы технической диагностики является то, что основные параметры изоляции, изменение которых связано, как правило, с наличием развивающихся повреждений, определяются без отключения объекта, при рабочем напряжении на нем. Это обеспечивает повышение эффективности контроля при снижении трудозатрат на испытания, а также улучшение условий труда персонала.
Повышение эффективности контроля обеспечивается за счет увеличения частоты испытаний, а также из-за возможности использования ряда эксплуатационных факторов, позволяющих лучше выявить дефекты (например, обнаружение увлажнения изоляции путем измерений при повышенной температуре, использование высокого напряжения для выявления частичных разрядов и т. п.).
С сокращением периода контроля повышается вероятность своевременного выявления дефектов и создается возможность расширения допускаемых пределов изменения контролируемых параметров.
Снижение трудоемкости контроля обеспечивается применением стационарных схем измерений и отсутствием необходимости в подготовке объекта к испытаниям. Улучшение условий труда персонала определяется снижением объема работ, проводимых непосредственно на месте установки оборудования.
Испытания под напряжением кроме повышения эффективности контроля могут обеспечить и накопление данных, необходимых для совершенствования системы диагностики.
Контроль изоляции при работе оборудования можно вести путем периодических измерений и анализов проб, проводимых, как и при контроле с отключением оборудования, персоналом соответствующих служб. Однако процесс большинства измерений и анализов целесообразно автоматизировать.
Автоматизация измерений и анализов обеспечивает не только уменьшение объема работ персонала и возможность получения данных с любой периодичностью, в том числе и непрерывно. Принципиальным отличием такой системы контроля является возможность передачи информационно-измерительному устройству части функций собственно контроля. Это устройство может не только проводить измерения, но и обрабатывать их результаты, оценивать полученные данные и формировать сообщения об изменении состояния изоляции контролируемого объекта.
Возможны два способа организации контроля оборудования под напряжением:
ранняя диагностика, т. е. контроль с целью выявления признаков ухудшения состояния изоляции, вызывающих изменения значений измеряемых параметров;
сигнализация предельных состояний, т. е. контроль с целью выявления существенных изменений измеряемых параметров, признанных опасными с точки зрения надежности оборудования.
Оба способа взаимно дополняют друг друга, обеспечивая возможность выявления тенденций и скорости изменения параметров, а также своевременное получение сигнала о существенных отклонениях состояния изоляции от нормы. Это позволяет планировать ремонты оборудования и при необходимости производить срочное отключение объектов, находящихся в предаварийном состоянии.
При существующем уровне развития методов контроля и измерительной техники вполне возможно построение достаточно простых автоматизированных измерительно-информационных устройств, производящих измерения и формирующих на основании оценки одного-двух параметров сигнал о недопустимом ухудшении состояния изоляции. Некоторые из этих устройств — сигнализаторы предаварийного состояния изоляции — будут описаны ниже.
Наибольшими возможностями обладают автоматизированные системы технической диагностики, функционирующие на базе ЭВМ. Такие системы могут вести математическую обработку полученных данных, проводить их анализ и вести без вмешательства персонала другие операции контроля, меняя при необходимости его тактику (периодичность измерений, способ оценки их результатов и т. п.). При обнаружении дефекта такая система выдает сообщение оператору вместе с протоколом, содержащим данные, необходимые для последующего анализа.
Эксплуатационный контроль оборудования не ограничивается испытанием изоляции: необходимо контролировать состояние контактов, токоведущих частей, тепловой режим, уровень вибрации и т. п. К методам такого контроля относятся измерение температуры поверхностей, определение амплитуды и частоты вибрации, выявление неисправности работы вспомогательных систем: охлаждения, смазки и т. п. Большинство этих измерений можно проводить без вывода оборудования из работы, под напряжением, причем реальна и автоматизация контроля.
Все это указывает на возможность создания комплексной автоматизированной системы контроля состояния оборудования, позволяющей от планово-предупредительных проверок перейти к непрерывному (или частому) контролю с устранением обнаруженных неисправностей. А это, в свою очередь, определяет возможность использования более эффективной стратегии технического обслуживания оборудования — по его состоянию.
Контроль изоляции без отключения оборудования в настоящее время не позволяет еще полностью исключить обычные виды испытаний.
Методика измерений ряда характеристик изоляции при рабочем напряжении на объекте еще не разработана. Это, а также отсутствие на некоторых видах оборудования конструктивных приспособлений для контроля под напряжением ограничивает объем информации о состоянии изоляции, которую можно получить без вывода объекта из эксплуатации. Не всегда ясен вопрос об эквивалентности различных испытаний и о возможности отказа от ряда из них.
Наиболее гибкой и эффективной представляется комплексная система эксплуатационного контроля, в которой методы измерений и анализа, проводимых при рабочем напряжении, используются для получения данных о существенном изменении состояния изоляции (экспресс-контроль), а окончательная оценка ее работоспособности дается на основании результатов всех возможных испытаний, в том числе и проводимых с отключением оборудования.
Методы испытаний.
Старение диэлектрика — постепенное его изменение, сопровождающееся ухудшением или даже полной потерей изоляционных свойств,— вызывается рядом процессов, связанных с химическими, тепловыми, механическими и электрическими воздействиями. Эти процессы действуют одновременно и взаимозависимы; каждый из них может вызвать появление другого.
К химическим процессам ухудшения органических изоляционных материалов относятся окисление и другие химические реакции с агрессивными компонентами окружающей среды, которым благоприятствуют наличие влаги и повышенная температура. Под воздействием нагрева, вызванного внешними причинами и диэлектрическими потерями, возникает износ, сопровождаемый распадом вещества, появлением хрупкости материала, снижением его механической прочности.
К основным явлениям старения, обусловленного причинами электрического характера, относятся физические и химические изменения органических изоляционных материалов, вызванные частичными разрядами. Механические воздействия, вызывая нарушение целостности материала (разрывы, расслоения), снижают электрическую прочность изоляционной конструкции, способствует возникновению и ускорению процессов старения.
Конечным результатом воздействия на изоляционную конструкцию перечисленных факторов является изменение структуры диэлектрика, его свойств, появление продуктов разложения. Методы испытаний изоляции должны обеспечивать возможность выявления этих изменений. Поэтому используемые для контроля характеристики или отдельные параметры изоляционной конструкции должны изменяться в ходе описанных процессов старения изоляции. Необходимо также иметь возможность измерения этих параметров в условиях эксплуатации доступными методами. Для того чтобы метод испытания оборудования без его отключения мог применяться в эксплуатации, он должен обеспечить возможность измерения необходимого параметра с достаточной точностью и быть безопасным. Должны быть также разработаны и проверены в реальных условиях необходимые измерительные устройства и приспособления.
Методы, позволяющие проводить испытания изоляции без вывода оборудования из эксплуатации, могут быть разделены на две группы. К первой из них относятся методы измерения параметров изоляции объекта при рабочем напряжении на нем; ко второй — методы, основанные на анализе проб изолирующих и охлаждающих сред. Взятие проб производится, как правило, на работающем оборудовании.
Наиболее разработаны и получили широкое распространение методы измерения распределения напряжения по изоляционной конструкции и контроль физико-химических характеристик изоляционных масел.
Таблица 1. Параметры изоляции, определяемые без вывода оборудования из эксплуатации
Изменение диэлектрических характеристик
Ток через изоляцию; комплексная проводимость изоляции; диэлектрические потери; емкость
Возникновение частичных разрядов
Импульс напряжения на объекте; ток переходного процесса; импульс давления