Контроль изоляции сетей переменного тока

В сетях с глухо заземленной нейтралью замыкание одной из фаз на землю является коротким замыканием и автоматически отключается.

В сетях, с изолированными нейтралями в случае металлического од­нофазного замыкания на землю через место повреждения протекает сравнительно небольшой ток. Сеть может некоторое время (не более 4 ч) оставаться в работе.

Длительная работа с замкнутой на землю фазой опасна, так как напряжения двух других фаз относительно земли повышаются в √3 раз, вследствие которого увеличивается вероятность замыкания на землю вто­рой фазы, т.е. возникновения междуфазного к.з.

Поэтому в сетях с малыми токами замыкания на землю применяет­ся устройство контроля состояния изоляции относительно земли.

Контролирующее устройство состоит обычно из трех (или одного) вольтметров, присоединяемых к сборным шинам установки через транс­форматор напряжения.

Для контроля изоляции используется группа из трех однофазных трансформаторов или трехфазный пятистержневой трансформатор напря­жения. Для контроля изоляции нельзя применять трансформатор трех­фазный трехстержневой. При заземлении нейтрали первичной обмотки (что необходимо для замера напряжения относительно земли) и возник­новении замыкания на землю в сетях в магнитопроводе трансформатора возникают магнитные потоки нулевой последовательности, которые, не имея путей для замыкания по стали, вытесняются в воздух. При этом резко возрастает намагничивающий ток и нагрев, что может привести к выходу из строя трансформатора.

В схемах контроля изоляции используется также дополнительная вторичная обмотка трансформаторов напряжения, соединяемая в разом­кнутый треугольник. Она используется для сигнализации появления од­нофазного замыкания на землю. Число витков дополнительной обмотки принимается таким, чтобы при полном однофазном замыкании на землю напряжение на ее зажимах равнялось 100В.

Содержание работы

Исследуется действие устройства контроля изоляции сети при полном (металлическом) замыкании одной фазы на землю и замыкании ее через переходное сопротивление. Устройство контроля изоляции подключается поочередно к трехфазному пятистержневому трансформа­тору напряжения (типа НТМИ), а также к трехфазному трехстержневому (типа НТМ) с целью выяснения причин, из-за которых он не может при­меняться для контроля изоляции.

Емкости фаз сети относительно земли имитируются тремя конден­саторами с С=4 мкФ. В качестве переходного сопротивления используется реостат.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему (рис. 7.1).

2. Замерить напряжение между фазами и фаз относительно земли, напряжение небаланса на зажимах дополнительной обмотки и величину намагничивающего тока при отключенном реостате R . Для замера небольшого по величине напряжения небаланса U_доп, нажать кнопку на­ходящуюся у вольтметра V₂. При этом его предел измерения стано­вится равным 30 В.

4. Зашунтировать одну из емкостей сопротивлением (реостатом) и повторить замеры при различных значениях шунтирующего сопротивле­ния.

Результаты опыта свести в таблицу 7.1.

5. По данным опыта построить график зависимостей U_A = f(R), U_B = f(R),
U_C = f(R), а также диаграммы напряжений для значе­ний R = ∞, R =87Ом и R = 0,5R_max.

6. Включить источник постоянного тока и уменьшая шунтирующее сопротивление R,добиться срабаты­вания реле напряжения и световой сигнализации, фиксирующей появле­ние "земли". Записать величину сопротивления. Изменить уставку реле напряжения Н и повторить опыт для трех значений уставки. Заполнить таблицу 7.2.

7. Собрать схему (рис. 7.2). Замерить I₀при нормальной изо­ляции (R = ∞) и при R =87Ом.
При включении сопротивления R = 87Ом,миллиамперметр заменить амперметром и выполнить опыт.

8. Разземлить нейтраль первичной обмотки трансформатора НТМ и повторить замеры, указанные в п. 6. Сделать выводы о правильно­сти схемы включения трансформатора НТМ. Заполнить таблицу 7.3.

Таблица 7.1

R, Ом	R = ∞	R =	R =	R =	R =	R = 37Ом
UA, B
UB, B
UC, B
Uдоп, В
I0 (mA)

Таблица 7.2

Таблица 7.3 – Исследование трансформатора НТМ

Токи замыкания на землю
	R=87 Ом	R=
заземлено
разземлено

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схема контроля изоляции.

3. Результаты замеров, графики зависимостей диаграммы напряже­ний, Полученные в п. 2...7.

Контрольные вопросы

1. Почему недопустима длительная работа установок с заземленной нейтралью при замыкании одной фазы на землю?

2. Как выполняется простейшее устройство контроля изоляции?

3. Объясните устройство и принцип работы трансформатора НТМИ.

4. Почему трехфазные трехстержневые трансформаторы не могут использоваться для контроля изоляции?

5. Почему число витков дополнительной обмотки меньше, чем ос­новной?

6. Что значит частичное шунтирование емкости, имитирующей изо­ляцию сети?

7. Как определить линии с поврежденной изоляцией при большом числе линий, отходящих от шин?

8. Объясните построение векторной диаграммы сети при нормальном и аварий­ном режимах и определите на диаграмме U_доп .

9. Устройство контроля изоляции состоит из одного вольтметра с переключателем. Что покажет вольтметр в нормальном режиме и при замыкании на землю в сети 380 В, в сети 6000 В, когда вольтметр подключен через трансформатор напряжения НТМИ?

Лабораторная работа 8