120
Контроль сопротивления изоляции фаз
и присоединений в сети переменного
тока с изолированной нейтралью
напряжением до 1000 В
Галкин
И
.
А
.,
руководитель
направления
систем
контроля
изоляции
ООО
НПП
«
ЭКРА
»
Лопатин
А
.
А
.,
директор
Департамента
НКУ
и
КРУ
ООО
НПП
«
ЭКРА
»
Быков
В
.
К
.,
заместитель
директора
Департамента
НКУ
и
КРУ
по
НИОКР
ООО
НПП
«
ЭКРА
»
В
статье
рассматриваются
требования
,
предъявляемые
к
устройствам
контроля
сопро
-
тивления
изоляции
присоединений
в
сети
с
изолированной
нейтралью
напряжением
до
1000
В
.
Предложена
автоматическая
система
непрерывного
автоматического
контро
-
ля
сопротивления
изоляции
шин
и
отходящих
присоединений
(
фидеров
)
как
подключен
-
ных
,
так
и
отсоединенных
от
сети
переменного
тока
.
Э
лектрические
сети
наиболее
ответственных
объектов
(
судовые
,
шахтные
,
карьерные
,
опасных
производств
,
АЭС
,
ТЭЦ
и
т
.
п
.),
как
правило
,
выполняются
изолированными
от
«
земли
».
Этим
обеспечивается
повышение
без
-
аварийности
электрических
сетей
,
так
как
наиболее
часто
имеющее
место
однофазное
замыкание
на
«
землю
»
в
таких
сетях
не
является
аварийным
ре
-
жимом
.
При
этом
повышается
электробезопасность
эксплуатации
сетей
,
так
как
прикосновение
человека
к
одной
фазе
не
создает
пути
для
протекания
через
его
тело
электрического
тока
.
Своевременно
не
за
-
фиксированное
и
не
устраненное
повреждение
изо
-
ляции
в
таких
сетях
создает
предпосылки
для
пере
-
растания
повреждения
в
аварию
,
поэтому
важно
своевременно
установить
фидер
(
присоединение
),
содержащий
поврежденный
элемент
и
локализовать
этот
элемент
.
Эта
задача
может
быть
решена
путем
непрерывного
автоматического
контроля
сопротив
-
ления
изоляции
шин
и
отходящих
присоединений
(
фидеров
)
как
подключенных
,
так
и
отсоединенных
от
сети
переменного
тока
.
Несмотря
на
относительно
большое
число
и
мно
-
гообразие
способов
контроля
сопротивления
изо
-
ляции
,
в
настоящее
время
во
многих
электрических
сетях
отсутствует
автоматический
контроль
сопро
-
тивления
изоляции
шин
и
отходящих
присоединений
.
При
этом
нет
устройств
,
отвечающих
всем
требова
-
ниям
,
предъявляемым
эксплуатирующим
персона
-
лом
.
Поэтому
задача
разработки
методов
измерения
и
контроля
сопротивления
изоляции
и
устройств
,
их
реализующих
,
является
важной
и
актуальной
.
Так
,
одним
из
требований
,
предъявляемым
к
устрой
-
ствам
контроля
сопротивлений
изоляции
сетей
и
при
-
соединений
переменного
тока
с
изолированной
ней
-
тралью
,
является
быстродействие
,
а
именно
контроль
и
локализация
включенных
и
отключенных
от
секций
присоединений
должны
производиться
за
время
,
при
котором
не
возникнет
аварийная
ситуация
,
например
,
при
одновременном
повреждении
изоляции
на
двух
полюсах
сети
,
обычно
не
более
30
с
.
На
электрических
сетях
с
большим
количеством
отходящих
присоединений
обычно
значение
общего
сопротивления
изоляции
сети
не
превышает
несколь
-
ких
десятков
кОм
.
При
этом
требуется
локализовать
присоединения
с
сопротивлением
изоляции
,
много
большим
сопротивления
изоляции
всей
сети
.
Обычно
локализация
поврежденного
присоединения
должна
производиться
при
сопротивлении
изоляции
100
кОм
и
менее
.
Большие
емкости
сети
относительно
«
земли
»
так
-
же
существенно
затрудняют
построение
устройств
контроля
сопротивления
изоляции
.
Емкость
сети
от
-
носительно
«
земли
»
включает
емкость
токопроводя
-
щих
линий
относительно
«
земли
»,
а
также
емкость
фильтров
защиты
радиоэлектронной
аппаратуры
от
помех
.
Для
трехфазных
сетей
емкости
отдельных
фаз
сети
могут
быть
не
равны
между
собой
,
так
как
в
трех
-
фазной
сети
возможно
неравномерное
подключение
однофазных
приемников
электроэнергии
.
Поэтому
требованием
к
устройствам
контроля
изоляции
явля
-
ется
возможность
работы
с
большой
емкостью
сети
,
а
также
с
несимметрией
емкостей
фаз
сети
относи
-
тельно
«
земли
».
Другой
важной
характеристикой
устройств
контро
-
ля
сопротивлений
изоляции
является
возможность
контроля
сопротивления
изоляции
шин
и
присоеди
-
нений
при
симметричном
ухудшении
сопротивления
изоляции
на
двух
или
трех
фазах
сети
одновременно
.
В
большинстве
случаев
в
сетях
с
изолированной
нейтралью
при
снижении
сопротивления
изоляции
на
какой
-
либо
фазе
напряжение
на
других
возрас
-
тает
до
величины
в
1,7
раз
больше
номинального
,
что
также
негативно
сказывается
на
безопасности
обслуживающего
персонала
и
снижении
ресурса
изоляции
.
Поэтому
к
устройствам
контроля
изоляции
предъявляется
требование
снижения
перекоса
на
-
пряжений
между
фазами
сети
и
«
землей
»
при
рабо
-
те
устройства
контроля
изоляции
или
при
снижении
сопротивления
изоляции
на
одной
из
фаз
.
Важной
характеристикой
устройства
контроля
изо
-
ляции
является
наличие
автоматического
контроля
ДИАГНОСТИКА
И МОНИТОРИНГ
121
сопротивления
изоляции
отключенных
от
сети
присо
-
единений
.
Это
позволяет
избежать
аварийных
ситу
-
аций
при
автоматическом
включении
поврежденного
присоединения
.
Известны
устройства
автоматического
контроля
сопротивления
изоляции
,
которые
работают
при
на
-
личии
рабочего
напряжения
на
контролируемой
сети
и
предназначены
для
работы
в
составе
электрических
сетей
,
однако
они
не
полностью
удовлетворят
приве
-
денным
выше
требованиям
.
НПП
«
ЭКРА
»
получен
патент
на
способ
опреде
-
ления
сопротивления
изоляции
сети
и
сопротивле
-
ний
изоляции
присоединений
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
.
На
рисунке
1
изображена
упро
-
щенная
схема
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
.
Результат
применения
изобре
-
тения
достигается
тем
,
что
произ
-
водится
выравнивание
напряжений
на
фазах
сети
путем
включения
параллельно
полюсам
трехфаз
-
ного
выпрямительного
моста
двух
последовательно
соединенных
ре
-
зисторов
,
общая
точка
которых
сое
-
динена
с
«
землей
»,
одновременно
измеряют
среднее
значение
тока
через
провод
,
соединяющий
общую
точку
резисторов
с
«
землей
»,
изме
-
ряют
средние
значения
дифферен
-
циальных
токов
,
протекающих
по
присоединениям
сети
с
помощью
Рис
. 1.
Упрощенная
схема
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
: 1 —
источник
питания
сети
;
2 —
выпрямитель
по
схеме
Ларионова
; 3–6 —
резисторы
; 7–8 —
ключи
; 9 —
вольтметр
для
измерения
напряжения
отрицательного
полюса
относительно
земли
; 10 —
вольтметр
для
измерения
напряжения
положительного
полюса
относительно
земли
; 11—
миллиамперметр
; 12 —
вольтметр
для
измерения
напряжения
на
выходе
выпрямителя
;
13–16 —
нагрузки
; 17 —
шины
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
; 18–21 —
датчики
для
измерения
дифференциальных
токов
; 22–25 —
присоединения
с
емкостными
и
активными
сопротивлениями
их
изоляций
датчиков
дифференциальных
токов
для
измерений
средних
значений
токов
,
после
подключения
сначала
к
одному
из
полюсов
трехфазного
выпрямительного
моста
дополнительного
резистора
,
один
из
выводов
которого
подсоединен
к
общей
точке
,
а
потом
к
дру
-
гому
полюсу
трехфазного
выпрямительного
моста
другого
дополнительного
резистора
,
один
из
выводов
которого
подсоединен
к
общей
точке
.
Для
измерения
средних
значений
дифференци
-
альных
токов
в
присоединениях
разработаны
датчики
ДДТ
,
функциональная
схема
которых
приведена
на
рисунке
2.
Рис
. 2.
Функциональная
схема
датчика
ДДТ
:
1 —
генератор
; 2 —
магнитопровод
;
3 —
фильтр
; 4 —
усилитель
; 5 —
АЦП
;
6 —
микроконтроллер
; 7 —
переключа
-
тель
для
задания
адреса
; 8 —
интерфейс
-
ное
устройство
; 9 —
тестовая
обмотка
;
10 —
источник
калибровочного
тока
;
11
и
12 —
устройства
гальванической
развязки
; 13 —
контакты
для
задания
режима
измерения
тока
; 14 —
контакты
для
сигнализации
снижения
сопро
-
тивления
изоляции
присоединения
ниже
значения
уставки
№
6 (51) 2018
122
Датчик
ДДТ
содержит
трансформатор
,
на
котором
имеется
по
одному
витку
«
прямого
»
и
«
обратного
»
проводов
присоединения
,
создающих
дифферен
-
циальный
ток
.
На
магнитопроводе
трансформатора
имеются
также
измерительная
обмотка
,
подключен
-
ная
к
выводу
генератора
прямоугольных
импульсов
.
Через
измерительную
обмотку
протекает
намагни
-
чивающий
ток
положительной
и
отрицательной
по
-
лярности
.
При
появлении
дифференциального
тока
увеличивается
намагничивающий
ток
одной
поляр
-
ности
и
уменьшается
намагничивающий
ток
другой
полярности
.
Сигнал
,
пропорциональный
току
намаг
-
ничивания
,
преобразуется
в
постоянное
напряжение
и
поступает
на
вход
аналого
-
цифрового
преобразо
-
вателя
микроконтроллера
датчика
ДДТ
.
Трансфор
-
матор
содержит
также
дополнительную
тестовую
обмотку
,
подключенную
к
источнику
калибровочного
тока
.
С
помощью
тестовой
обмотки
проверяется
ра
-
ботоспособность
датчика
и
определяется
величина
коэффициента
преобразования
датчика
.
С
выхода
микроконтроллера
сигнал
поступает
на
вход
интер
-
фейсного
устройства
8 (RS485),
с
помощью
которого
датчики
ДДТ
обмениваются
сообщениями
с
контрол
-
лером
блока
управления
СКИ
.
Для
задания
режима
работы
датчика
на
корпусе
датчика
имеется
вход
,
гальванически
отделенный
от
схемы
.
В
случае
,
если
вход
разомкнут
,
то
датчик
рабо
-
тает
в
режиме
контроля
сопротивления
изоляции
под
-
ключенного
к
сети
переменного
тока
присоединения
.
В
случае
,
если
вход
замкнут
,
то
датчик
работает
в
ре
-
жиме
контроля
сопротивления
изоляции
отключенно
-
го
от
сети
переменного
тока
присоединения
.
Для
сигнализации
снижения
сопротивления
изо
-
ляции
ниже
уставки
«
Снижение
2»
на
корпусе
датчи
-
ка
имеется
выход
.
На
корпусе
датчика
ДДТ
имеются
разъемы
для
подключения
источника
питания
24
В
и
выхода
интерфейса
RS485.
Каждый
датчик
ДДТ
присоединений
имеет
свой
адрес
от
1
до
255,
который
задается
с
помощью
переключателя
,
расположенного
на
лицевой
панели
датчика
.
Упрощенная
схема
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
с
подключенной
к
ней
системой
контроля
сопротивления
изоляции
,
по
-
лучившей
название
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
приведена
на
рисунке
3.
Для
определения
сопротивления
изоляции
отклю
-
ченных
от
сети
присоединений
предложен
способ
,
ос
-
нованный
на
измерении
тока
утечки
через
изоляцию
присоединения
при
наложении
на
один
из
выводов
присоединения
напряжения
от
контрольного
источни
-
ка
постоянного
тока
.
Для
этой
цели
на
каждом
отходящем
присоедине
-
нии
установлено
дополнительно
устройство
контроля
сопротивления
изоляции
отключенного
присоедине
-
ния
(
УКОП
) UV1.
Один
из
выводов
устройства
УКОП
подсоединен
к
«
земле
»,
а
второй
вывод
через
нор
-
мально
замкнутые
контакты
вспомогательного
реле
KL
и
резистора
R1
подсоединен
к
одному
из
выводов
контролируемого
присоединения
.
Реле
KL
выполняет
функцию
контроля
состояния
выключателя
присоеди
-
нения
.
В
случае
,
когда
блок
отходящих
присоедине
-
ний
отсоединен
от
контролируемого
присоединения
,
реле
KL
обесточено
.
Для
управления
работой
ключей
,
создающих
сме
-
щение
нейтрали
,
измерения
напряжений
на
выходе
выпрямителя
между
собой
и
между
полюсами
и
«
зем
-
лей
»,
измерения
дифференциальных
токов
,
а
также
для
выполнения
расчетов
сопротивлений
изоляции
Рис
. 3.
Упрощенная
схема
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
с
подклю
-
ченной
к
ней
системой
контроля
сопротивления
изоляции
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
:
UV1–UV2 —
преобразова
-
тели
напряжений
;
А
1 —
блок
управления
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
;
А
2 —
панель
оператора
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
;
=
А
1…=
А
N —
блоки
отходящих
присоединений
,
в
которых
UV1 —
устройство
УКОП
,
ТА
1 —
датчик
дифференциального
тока
,
KL1 —
обмотка
реле
, R1 —
токоограничивающий
резистор
ДИАГНОСТИКА
И МОНИТОРИНГ
123
всей
сети
и
каждого
присоединения
разработан
блок
управления
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
.
Для
отображения
информации
о
состоянии
изоляции
всей
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
и
отдельных
присоединений
,
задания
уставок
СКИ
,
контроля
состояния
сопро
-
тивления
изоляции
сети
и
присоединений
,
контроля
исправности
датчиков
ДДТ
и
устройств
УКОП
,
а
также
контроля
напряжения
на
фазах
сети
относительно
«
земли
»
и
выходе
выпрямителя
служит
панель
оператора
,
связанная
с
блоком
управления
кабелем
.
При
контроле
отсоединенных
от
сети
присоединений
для
изме
-
рения
тока
утечки
через
присоединение
используется
тот
же
дат
-
чик
дифференциального
тока
ДДТ
.
Для
борьбы
с
дрейфом
нуля
дифференциального
датчика
ДДТ
предложено
производить
изме
-
рение
тока
утечки
при
двух
различных
полярностях
напряжений
на
выходе
УКОП
.
В
первом
цикле
измерения
напряжение
на
вы
-
ходе
УКОП
имеет
одну
полярность
,
а
при
втором
цикле
—
обрат
-
ную
полярность
.
Управление
УКОП
производится
по
интерфейсу
RS485
от
блока
управления
СКИ
.
Блок
-
схема
устройство
УКОП
приведена
на
рисунке
4.
Питание
УКОП
производится
от
источника
с
выходным
напряжением
24
В
.
Управление
УКОП
производится
по
интерфейсу
RS485
от
блока
управления
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
.
Технические
параметры
системы
контроля
изоляции
в
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
при
-
ведены
в
таблице
1.
Рис
. 4.
Блок
-
схема
УКОП
: 1 —
микроконтрол
-
лер
; 2 —
переключатель
; 3 —
реле
; 4 —
ин
-
терфейсное
устройство
; 5 —
преобразова
-
тель
24/5
В
; 6 —
преобразователь
24/200
В
Табл
. 1.
Технические
параметры
системы
контроля
изоляции
в
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
Наименование
параметра
Величина
Номинальное
напряжение
сети
220
В
Частота
сети
50
Гц
Максимальная
емкость
контролируемой
сети
не
более
500
мкФ
Потребляемая
мощность
:
–
блока
управления
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
–
панели
оператора
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
–
датчика
дифференциальных
токов
–
устройства
УКОП
20
Вт
6
Вт
1
Вт
6
Вт
Входное
сопротивление
полюса
относительно
земли
,
не
более
100
кОм
Диапазон
определяемого
сопротивления
изоляции
полюсов
сети
0–1000
кОм
Предельное
селективно
-
определяемое
снижение
сопротивления
изоляции
присоединения
не
более
100
кОм
Значение
уставки
срабатывания
«
Предупреждение
»
100…1000
кОм
Значение
уставки
срабатывания
«
Авария
»
1…100
кОм
Погрешность
определения
сопротивления
изоля
-
ции
полюсов
сети
не
более
10%
Время
цикла
измерения
сопротивлений
сети
не
более
30
с
Степень
защиты
по
корпусу
IP20
Диапазон
рабочих
температур
+1…+40°
С
Габаритные
размеры
блока
управления
360×185×165
мм
Масса
не
более
6
кг
Индикатор
OLED, 4×20
Тип
интерфейса
M
ЭК
60870-5-104,
Modbus TCP
Климатическое
исполнение
УХЛ
4
Количество
выходных
реле
5
Режим
работы
непрерывный
Рис
. 5.
Шкаф
с
системой
контроля
сопро
-
тивлений
изоляции
сети
переменного
тока
с
изолированной
нейтралью
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
Для
проверки
работы
и
подтверж
-
дения
технических
характеристик
был
изготовлен
опытный
образец
системы
контроля
сопротивления
изоляции
шин
и
отходящих
присоединений
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
.
Проверка
работоспособности
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
производилась
в
щите
электрообогрева
энергоблока
№
4
Бе
-
лоярской
АЭС
.
На
основании
проверки
работоспособности
принято
решение
о
выпуске
ЭКРА
-
СКИ
-
АС
.
Р
№
6 (51) 2018
Оригинал статьи: Контроль сопротивления изоляции фаз и присоединений в сети переменного тока с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В
В статье рассматриваются требования, предъявляемые к устройствам контроля сопротивления изоляции присоединений в сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В. Предложена автоматическая система непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции шин и отходящих присоединений (фидеров) как подключенных, так и отсоединенных от сети переменного тока.