"Новости Электротехники"Как правильно измерить сопротивление изоляции электроустановок

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №2(14) 2002

Как правильно измерить сопротивление изоляции электроустановок

Евгений Иванов, сопредседатель проблемного комитета «Электробезопасность»Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, д. т. н., профессор кафедры безопасности жизнедеятельности СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,
Анатолий Дьячков, инженер-электрик

В прошлом номере журнала мы начали разговор о методах измерений сопротивления изоляции электроустановок, рассмотрев измерения в сетях постоянного тока. Сегодня речь пойдет о сетях переменного тока и двойного рода тока.

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 (рис. 6), аналогичного методу измерений при снятом напряжении. Так как под действием рабочего напряжения U_ф в измерительной цепи может протекать переменный ток, то для ее защиты применяют индуктивный или, как показано на схеме, емкостный фильтр (цепь R₁—C_f). Конденсатор С_f также защищает измерительную цепь от бросков тока I_изм в переходных режимах работы сети (при подключении электроприемников) (рис. 6).

Рис. 6. Контроль изоляций
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 (рис. 7).

Рис. 7. 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:

(5)

где q₁=(U₁/U₂)2-1; q₂=(U₁/U₃)2-1. 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 r_a, r_b, r_c фаз цепей переменного тока и сопротивлениями изоляции R₁ и R₂ полюсов цепи постоянного тока. Рассмотренные выше методы измерений в сетях переменного тока оказываются непригодными для сетей двойного рода тока. Это объясняется 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:

(6)

где U_mф — 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_ср = 0 и никаких искажений в работу приборов контроля не вносится.
Однако в общем виде R₁ <> R₂, соответственно U_ср <> 0 . В предельных случаях при однополюсном замыкании на корпус (R₁<2 или R₂ << R₁) постоянная составляющая напряжения между фазами и землей U_ср.max= +0,5U (U — среднее значение напряжения на выходе выпрямительного моста). 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 выпрямительного моста U=510 В. В приборах контроля изоляции измерительное напряжение Е существенно меньше (обычно оно равно 150 В), поэтому напряжение U_ср оказывает существенное влияние на силу тока и напряжение в измерительной цепи, вносит дополнительную погрешность. Стрелка мегаомметра может занимать любое положение на рабочем участке шкалы, независимо от измеряемого значения сопротивления изоляции. Она может даже зашкаливать за отметки «0» и «бесконечность», показывая лишенные физического смысла величины R<0 и R>"бесконечности" . В качестве примера на рис. 8 приведены показания щитового мегаомметра типа M1503 в зависимости от значения сопротивления изоляции отрицательного полюса цепи постоянного тока при постоянном значении сопротивления изоляции положительного полюса (50 кОм) и эквивалентном сопротивлении изоляции цепей переменного тока 100 кОм (кривая 1).

Рис. 8. эквивалентное сопротивление изоляции сети двойного рода тока

Кривая 2 соответствует фактическим значениям эквивалентного сопротивления изоляции сети. Из графиков видно, что кривые 1 и 2 совпадают только в одной точке, когда R₁=R₂ = 50 кОм. При низких значениях эквивалентного сопротивления изоляции (менее 10 кОм) стрелка прибора находится вблизи отметки «бесконечность», и наоборот, при достаточно высоких сопротивлениях (более 25 кОм) прибор показывает R < 0. ЛПО «Вибратор» выпускает мегаомметры типа М1428 и M1628, пригодные для работы в сетях двойного рода тока.
Проектанты еще не свыклись с фактом качественного перерождения типичной сети переменного тока в сеть двойного рода тока. По этой причине зачастую заказывают и применяют аппаратуру, пригодную для работы только в «чистых» сетях переменного тока. Это обстоятельство объясняет, почему для эксплуатационников в настоящее время особую важность приобретают прикладные методы контроля изоляции, не требующие применения специальных приборов.
В сетях переменного и двойного рода тока можно применять метод, разработанный на кафедре безопасности жизнедеятельности СПб ГЭТУ «ЛЭТИ». Существо метода заключается в следующем. К фазам сети переменного тока подключается трехфазный выпрямительный мост, собранный на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова (рис. 9).

Рис. 9. Измерение сопротивления
изоляции сети двойного
рода тока по
способу ЛЭТИ

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

(7)

аналогичной формуле (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 U_ср, 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 сетях переменного тока, в сетях с управляемыми и неуправляемыми выпрямителями. Во избежание ошибок в расчетах здесь также рекомендуется применять номограммы. Поскольку напряжение источников переменного тока стабильно (не меняется подобно напряжению аккумуляторных батарей в сетях постоянного тока), номограммы оказываются существенно более простыми (рис. 10).

Рис. 10. Номограмма для определения сопротивления изоляции трехфазных сетей переменного и двойного рода тока напряжением 380 В (а) и 220 В (б) вольтметром с внутренним сопротивлением 100 кОм.