RU2125271C1

RU2125271C1 - Method for checking insulation in three-phase mains supply with insulated neutral wire

Info

Publication number: RU2125271C1
Application number: RU97102713A
Authority: RU
Inventors: А.Х. Мусин; М.А. Мусин
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering, in particular, electric power supply systems for cities. SUBSTANCE: method involves insertion of variable inductance coil between neutral point of three-phase mains supply and ground in order to provide circuit of inductance of three-phase mains supply with respect to earth and inductance; tuning inductance coil in resonance with capacitor to achieve parametric resonance; application of test electric signals to three-phase mains supply with insulated neutral wire, measuring of current and voltage of these signals by ammeter and voltmeter and judging insulation of three-phase main supply line with respect to ground by these readings. EFFECT: increased duration of operations of three-phase supply line one of which phases is connected to earth. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электроизоляционной техники, в частности к технике контроля изоляции трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью, например, в системах электроснабжения городов. The invention relates to the field of electrical insulation technology, in particular to a technique for monitoring the insulation of three-phase electrical networks with isolated neutral, for example, in urban electricity supply systems.

Известен способ контроля изоляции трехфазной электрической сети, основанный на наложении на сеть тока постороннего источника э.д.с. [1]. Посторонний источник включают между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей. A known method of monitoring the insulation of a three-phase electric network, based on the imposition of a foreign current source of an emf on the network [1]. An extraneous source is connected between the neutral point of the three-phase electrical network and ground.

Недостатком этого способа является то, что он используется только для контроля однофазных замыканий на землю. The disadvantage of this method is that it is used only for monitoring single-phase earth faults.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению (прототипом) является способ измерения сопротивления изоляции в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, основанный на наложении на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов путем включения между нейтральной точкой трехфазной системы и землей двух последовательных значений э. д.с. от постороннего источника и определения сопротивления изоляции системы на землю по отношению разностей показаний напряжения и тока, полученных при двух измерениях [2]. The closest technical solution to the claimed invention (prototype) is a method for measuring insulation resistance in three-phase electric networks with an isolated neutral, based on the superposition on a three-phase electric network of control electrical signals by switching between two neutral points of the three-phase system and the ground two e values. d.s from an external source and determining the insulation resistance of the system to the ground in relation to the differences in the voltage and current readings obtained in two measurements [2].

Основным недостатком описанного способа измерения сопротивления изоляции в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью является то, что он не обеспечивает возможность длительного режима работы электрической сети с замкнувшейся на землю фазой, т.к. включение источника э.д.с. между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей нарушает режим работы нейтрали, переводя его из режима изоляции в режим глухого заземления. При этом каждое соединение фазы с землей превращается в короткое замыкание и должно быть немедленно отключено. В результате трехфазная электрическая сеть теряет свое главное достоинство, заключающееся в возможности длительной работы с замкнувшейся на землю фазой. The main disadvantage of the described method for measuring the insulation resistance in three-phase electric networks with an isolated neutral is that it does not provide the possibility of a long-term operation of the electric network with a phase shorted to ground, because switching on the emf source between the neutral point of the three-phase electric network and the ground violates the neutral mode, transferring it from the isolation mode to the dead ground mode. In this case, each phase-to-earth connection becomes a short circuit and should be immediately disconnected. As a result, the three-phase electric network loses its main advantage, which consists in the possibility of long-term operation with a phase locked to the ground.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, включающем наложение на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов и последующее измерение тока и напряжения этих сигналов, причем по отношению показаний напряжения и тока судят о сопротивлении изоляции трехфазной электрической сети относительно земли, наложение на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов осуществляют путем создания режима параметрического резонанса, образовав контур из емкости трехфазной электрической сети относительно земли и переменной во времени индуктивности, включив ее между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей, и настроив этот контур в параметрический резонанс. The essence of the invention lies in the fact that in a method for monitoring insulation in a three-phase electric network with an isolated neutral, which includes superimposing on a three-phase electric network control electric signals and then measuring the current and voltage of these signals, moreover, the three-phase insulation resistance is judged by the ratio of voltage and current readings electrical network relative to the ground, the imposition on the three-phase electrical network of control electrical signals is carried out by creating a mode arametricheskogo resonance circuit formed of the capacitance-phase electrical network with respect to ground and a variable inductance in time by inserting it between the neutral point of the three-phase mains and the earth, and adjusting this circuit in parametric resonance.

Техническим результатом является обеспечение возможности длительного режима работы трехфазной электрической сети с замкнувшейся на землю фазой. The technical result is to provide the possibility of a long-term operation of a three-phase electric network with a phase locked to ground.

Длительный режим работы трехфазной электрической сети с замкнувшейся на землю фазой достигается вследствие того, что при параметрическом резонансе в контуре из емкости трехфазной электрической сети относительно земли и переменной во времени индуктивности, включенной между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей, возникают и длительно существуют электрические колебания, по току и напряжению которых судят о сопротивлении изоляции трехфазной электрической сети. Режим параметрического резонанса возникает в колебательном контуре, имеющем переменный периодический во времени энергоемкий параметр, в данном случае переменную во времени индуктивность. Если принять частоту изменения индуктивности за единицу, то параметрический резонанс может возникнуть на частотах 0.5; 1; 2; 3 и т.д. в зависимости от настройки контура. При этом необходимо иметь достаточную глубину модуляции индуктивности. Возникновение параметрического резонанса происходит самопроизвольно и выражается в возникновении электрического тока и напряжения в колебательном контуре. Этот ток и напряжение существуют в контуре длительно, т. е. режим параметрического резонанса является устойчивым. При соединении какой-либо фазы с землей емкость колебательного контура шунтируется, контур расстраивается и возникшие электрические колебания затухают до нуля, поэтому режима короткого замыкания не возникает, и сеть может длительно работать с замкнувшейся на землю фазой. При устранении замыкания фазы на землю емкость расшунтируется и электрические колебания в контуре самовосстанавливаются. A long-term operation mode of a three-phase electric network with a phase shorted to ground is achieved due to the fact that, during parametric resonance in the circuit from the capacitance of the three-phase electric network with respect to the earth and the time-varying inductance connected between the neutral point of the three-phase electric network and the ground, electric oscillations occur and last long whose current and voltage are used to judge the insulation resistance of a three-phase electrical network. The parametric resonance mode arises in an oscillatory circuit having a variable time-energy-intensive parameter, in this case, a time-varying inductance. If we take the inductance change frequency as unity, then parametric resonance can occur at frequencies of 0.5; 1; 2; 3 etc. depending on the contour setting. It is necessary to have a sufficient depth of modulation of the inductance. The occurrence of parametric resonance occurs spontaneously and is expressed in the occurrence of electric current and voltage in the oscillatory circuit. This current and voltage exist in the circuit for a long time, i.e., the parametric resonance mode is stable. When a phase is connected to the ground, the capacitance of the oscillatory circuit is shunted, the circuit is upset, and the electrical oscillations that have arisen decay to zero, therefore, a short circuit mode does not occur, and the network can operate for a long time with a phase shorted to ground. When the phase fault to ground is removed, the capacitance is unstuck and the electrical oscillations in the circuit self-repair.

Предлагаемый способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема, реализующая способ, а на фиг. 2 - вариант схемы, реализующей указанный способ в электрической сети 220В. The proposed method for monitoring insulation in a three-phase electrical network with isolated neutral is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a diagram that implements the method, and in FIG. 2 is a variant of a circuit that implements the specified method in an 220V electric network.

Схема, реализующая способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью (см. фиг. 1), содержит трехфазный силовой трансформатор 1, подключенный к переменной во времени индуктивности 2, амперметру 3 и вольтметру 4, а также к емкости 5 трехфазной электрической сети относительно земли. A circuit that implements a method of monitoring insulation in a three-phase electric network with an isolated neutral (see Fig. 1) contains a three-phase power transformer 1 connected to a time-variable inductance 2, an ammeter 3 and a voltmeter 4, and also to a capacitance 5 of a three-phase electric network with respect to land.

В схеме, реализующей способ контроля изоляции в электрической сети 220В с изолированной нейтралью (см. фиг. 2), индуктивность 2 выполнена в виде одинаковых трансформаторов 6, 7 и диода 8. In a circuit that implements a method for monitoring insulation in an 220V electric network with isolated neutral (see Fig. 2), the inductance 2 is made in the form of identical transformers 6, 7 and diode 8.

Способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). The method of monitoring insulation in a three-phase electrical network with isolated neutral is as follows (see Fig. 1).

Предварительно между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей включают переменную во времени индуктивность 2 и образуют контур из емкости 5 трехфазной электрической сети относительно земли и индуктивности 2. Затем, настраивая индуктивность 2 в резонанс с емкостью 5, создают режим параметрического резонанса. Настройка индуктивности 2 в резонанс заключается в предварительном определении требуемой величины индуктивности расчетом или экспериментально для заданной величины емкости 5 (см. фиг. 1) и реализации этой индуктивности. При подключении подобранной индуктивности 2 по схеме (фиг. 1) в колебательном контуре сразу же самопроизвольно возникают и устанавливаются электрические колебания, напряжение и ток которых фиксируют соответственно вольтметр 4 и амперметр 3. Таким образом производят наложение на трехфазную электрическую сеть с изолированной нейтралью контрольных электрических сигналов. First, a time-varying inductance 2 is turned on between the neutral point of the three-phase electric network and the ground and a circuit is formed from the capacitance 5 of the three-phase electric network relative to the ground and inductance 2. Then, by tuning the inductance 2 to resonance with the capacitance 5, a parametric resonance mode is created. Setting the inductance 2 to resonance consists in preliminary determining the required value of inductance by calculation or experimentally for a given value of capacitance 5 (see Fig. 1) and realizing this inductance. When a selected inductance 2 is connected in accordance with the circuit (Fig. 1), electric oscillations immediately spontaneously arise and are set in the oscillatory circuit, the voltage and current of which are fixed respectively by voltmeter 4 and ammeter 3. Thus, superimposed control electric signals are applied to a three-phase electric network with an isolated neutral .

Далее измеряют амперметром 3 ток в контуре и вольтметром 4 - напряжение резонансных колебаний. Значение сопротивления изоляции трехфазной электрической сети относительно земли определяют как отношение показания вольтметра 4 к показанию амперметра 3. Next, measure the ammeter 3 current in the circuit and voltmeter 4 is the voltage of the resonant oscillations. The value of the insulation resistance of a three-phase electric network relative to the ground is determined as the ratio of the voltmeter 4 to the ammeter 3.

При соединении какой-либо фазы трехфазной электрической сети с землей емкость 5 колебательного контура шунтируется, контур расстраивается и возникшие электрические колебания затухают до нуля, поэтому режима короткого замыкания не возникает и сеть может длительно работать с замкнувшейся на землю фазой. При устранении замыкания фазы на землю емкость 5 расшунтируется и электрические колебания в контуре в режиме параметрического резонанса самовосстанавливаются. When a phase of a three-phase electric network is connected to the ground, the capacitance 5 of the oscillatory circuit is shunted, the circuit is upset and the electrical vibrations that are damped to zero, so there is no short circuit mode and the network can work for a long time with a phase shorted to ground. When the phase fault to ground is removed, the capacitance 5 is unloaded and the electrical oscillations in the circuit in the parametric resonance mode are self-healing.

Реализация способа контроля изоляции в электрической сети 220В с изолированной нейтралью осуществляется следующим путем (см. фиг. 2). The implementation of the insulation control method in the 220V electric network with isolated neutral is carried out in the following way (see Fig. 2).

Питание к электрической сети подают от силового трехфазного трансформатора 1 (Т 1) типа ТСЗИ-1,6 УХЛ2 напряжением 380/220В, мощностью 1,6 кВА. Емкость 5 фазной изоляции всей сети относительно земли составляет 3 мкФ (по 1 мкФ на фазу) и соответствующее сопротивление изоляции 1,06 кОм. Power is supplied to the electric network from a three-phase power transformer 1 (T 1) of the type TSZI-1.6 UHL2 with a voltage of 380 / 220V and a power of 1.6 kVA. The capacity of the 5-phase insulation of the entire network relative to the ground is 3 μF (1 μF per phase) and the corresponding insulation resistance is 1.06 kOhm.

Образуют контур из емкости 5 и переменной во времени индуктивности 2 из одинаковых трансформаторов 6 (Т2) и 7 (Т3) и диода 8 (Д) (трансформаторы Т2 и Т3 типа ТСШ - 170, диод Д-Д237В)4. Число витков обмоток W1 = 18 витков, W2 = 114 витков. Обмотки W1 соединены последовательно встречно, обмотки W2 - последовательно согласно. На вход обмоток W1 подают переменное напряжение 12В, 50 Гц. Протекающий по обмотке W1 ток осуществляет периодическое изменение во времени индуктивности обмотки W2. They form a circuit from a capacitance 5 and a time-varying inductance 2 from the same transformers 6 (T2) and 7 (T3) and diode 8 (D) (transformers T2 and T3 of type TSSh-170, diode D-D237V) 4. The number of turns of the windings is W1 = 18 turns, W2 = 114 turns. The windings W1 are connected in series in the opposite direction, the windings W2 are connected in series according to. At the input of the windings W1 serves an alternating voltage of 12V, 50 Hz. The current flowing through the winding W1 carries out a periodic change in time of the inductance of the winding W2.

При выбранном количестве витков W1 и W2 и величине напряжения на обмотке W1, равном 12В, и включенном рубильнике Р достигается резонанс в контуре, образованном индуктивностью обмотки W2 и емкостью 5 сети (3 мкФ). В данном случае создают параметрический резонанс на частоте 25 Гц; показания вольтметра - 140В; показания амперметра - 66 мА. Рассчитанное по этим величинам сопротивление изоляции сети составило 1.06 кОм, что равно фактическому сопротивлению. With the selected number of turns W1 and W2 and the voltage across the winding W1 equal to 12V, and the circuit breaker P turned on, resonance is achieved in the circuit formed by the inductance of the winding W2 and the capacitance 5 of the network (3 μF). In this case, create a parametric resonance at a frequency of 25 Hz; voltmeter readings - 140V; ammeter readings - 66 mA. The insulation resistance of the network calculated from these values was 1.06 kOhm, which is equal to the actual resistance.

При замыкании какой-либо фазы сети на землю при отсутствии переменной индуктивности в нейтрали (рубильник Р отключен) ток в месте замыкания составил 130 мА. При подключении индуктивности (рубильник Р включен) ток в месте замыкания составил 105 мА, что не превышает вышеуказанного тока 130 мА, напряжение частоты 25 Гц отсутствует. Отсюда видно, что при подключении индуктивности в нейтраль сети режима короткого замыкания не возникает и сеть может длительно работать с замкнувшейся на землю фазой. При устранении замыкания фазы на землю напряжение частоты 25 Гц самовосстанавливается до 440В. When any phase of the network is shorted to ground in the absence of a variable inductance in the neutral (switch P is off), the current at the point of fault is 130 mA. When connecting the inductance (circuit breaker P turned on), the current at the fault location was 105 mA, which does not exceed the above current 130 mA, there is no frequency voltage of 25 Hz. This shows that when the inductance is connected to the neutral of the network, a short circuit mode does not occur and the network can work for a long time with a phase shorted to ground. Upon eliminating the phase-to-ground fault, the voltage of 25 Hz frequency self-restores to 440V.

Таким образом, использование предлагаемого способа контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью обеспечивает сохранение длительного режима работы этой сети с замкнувшейся на землю фазой. Thus, the use of the proposed method for monitoring insulation in a three-phase electric network with an isolated neutral ensures the long-term operation of this network with a phase closed to ground.

Источники информации
1. Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000В. - М: Энергия, 1972. с. 53.Sources of information
1. Tsapenko E.F. Insulation control in networks up to 1000V. - M: Energy, 1972. p. 53.

2. Авторское свидетельство СССР N 250301, кл. 21 E 29/11, 1969 (прототип) 2. USSR author's certificate N 250301, cl. 21 E 29/11, 1969 (prototype)

Claims

A method of controlling insulation in a three-phase electric network with an isolated neutral, comprising superimposing on the three-phase electric network control electric signals and then measuring the current and voltage of these signals, and judging by the ratio of voltage and current readings, the insulation resistance of the three-phase electric network relative to the ground, characterized in that superposition of control electric signals on a three-phase electric network is carried out by creating a parametric resonance mode, forming a circuit from the capacitance of a three-phase electric network relative to the earth and a time-varying inductance, including it between the neutral point of the three-phase electric network and ground and tuning this circuit to parametric resonance.