В электрических установках до 1 000 В с глухозаземленной нейтралью сопротивление изоляции не влияет на величину тока поражения человека. Однако поддержание изоляции на высоком уровне снижает вероятность возникновения замыканий на землю и электрооборудование, увеличивая тем самым уровень электробезопасности.
Рис. 2-17. Принцип действия прибора АКИ ЛИОТ.
Периодическое измерение сопротивления изоляции мегомметром значительно повышает культуру эксплуатации таких сетей, однако не позволяет судить об уровне изоляции в любой момент времени. Кроме того, измерения мегомметром связаны с отключением электрооборудования и перерывами в электроснабжении, что затрудняет их более частое проведение.
Попытка создания устройства непрерывного контроля изоляции для сетей с глухим заземлением нейтрали у нас в стране была сделана Ленинградским научно-исследовательским институтом охраны труда ВЦСПС, разработавшим прибор автоматического контроля изоляции участков сети, на которых отсутствуют однофазные потребители электроэнергии (АКИ ЛИОТ).
В приборе входной сигнал выделяется трансформатором тока нулевой последовательности ТНП усиливается полупроводниковым усилителем У и при определенном значении вызывает срабатывание реле Р, подающего сигнал о ненормальном состоянии изоляции (рис. 2-17).
При включении ТИП в сеть (первичной обмоткой является питающий кабель) нижний предел чувствительности прибора составляет 5 мА, а при включении его в нейтраль источника (первичной обмоткой является нулевая шина) 2 мА. Однако при таких высоких значениях чувствительности возможны ложные срабатывания прибора из-за токов нулевой последовательности, вызванных асимметрией нагрузки.
Для предотвращения ложных срабатываний прибора при включении в сеть мощных потребителей предусмотрена задержка времени срабатывания реле на 5 с, осуществляемая путем включения параллельно обмотке реле емкости 1 000 мкФ. Усилитель прибора, собранный на полупроводниковых элементах, усиливает входной сигнал в 1 000 раз и отличается высокой стабильностью в работе при изменении условий окружающей среды. Усиленный входной сигнал переменного тока выпрямляется и подается на обмотку поляризованного реле типа РП-5, являющегося исполнительным элементом схемы.
Однако прибор АКИ ЛИОТ обладает существенными недостатками, вытекающими из принципа получения входного сигнала. Главные из них: невозможность использования прибора для контроля участков сети с однофазными потребителями, невозможность отстройки от ложных срабатываний при сохранении необходимой степени чувствительности. Кроме того, прибор не регистрирует симметричного ухудшения изоляции. Все это ограничивает возможности практического применения прибора.
В Московском институте радиотехники, электроники и автоматики предложен метод контроля изоляции в сетях с глухим заземлением нейтрали, позволяющий применять для этой цели существующие приборы на оперативном постоянном токе [Л. 14]. Так как препятствием к использованию оперативного постоянного тока в таких сетях является шунтирование измерительной цепи небольшим активным сопротивлением нейтрали, предложено избавиться от такого шунтирования включением в нулевую шину источника разделительной емкости, величина которой не нарушит режима эксплуатации электроустановки (рис. 2-18). Включением разделительной емкости нейтраль изолируется от земли по постоянному напряжению и остается глухозаземленной по переменному напряжению контролируемой сети. Рассмотрим условия выбора разделительной емкости.
Очевидно, они определяются условиями выбора сопротивления заземления нейтрали. Известно два таких условия [Л. 15]:
сопротивление заземления нейтрали должно обеспечивать защиту от перехода высшего напряжения на сторону низшего в трансформаторе. Это условие легко соблюдается, если сопротивление разделительной емкости составит незначительную долю активного сопротивления заземления нейтрали;
сопротивление в нейтрали не должно создавать повышения напряжения на неповрежденных фазах выше номинального при замыкании одной из фаз на землю. Включение в нейтраль дополнительной емкости также не окажет существенного изменения величины напряжения нулевой последовательности, если сопротивление емкости будет небольшим.
Однако при введении в нейтраль емкости возникают дополнительные условия для ее выбора, вызванные необходимостью сохранения защитных' свойств зануления (так как емкость необходимо включать в разрыв нейтрали, отделяя от источника напряжения и нулевой провод с его повторными заземлениями). Это в свою очередь накладывает два условия выбора разделительной емкости: напряжение нулевой последовательности в режиме однофазного к. з. не должно превышать некоторых значений, ограниченных допустимыми перенапряжениями в сетях низкого напряжения.
Рис. 2-18. Схема непрерывного контроля изоляции в электроустановках с глухозаземленной нейтралью.
Это в свою очередь накладывает два условия выбора разделительной емкости:
сопротивление разделительной емкости не должно существенно ограничивать ток однофазного к. з., чтобы не ухудшить условия срабатывания защиты;
Остановимся подробнее на указанных условиях. Для выяснения влияния величины емкостного сопротивления на параметры электроустановки в режиме однофазного замыкания на корпус проводились расчеты токов короткого замыкания, токов в нулевом проводе и напряжений фаз относительно земли при замыканиях в различных электроустановках. Емкостное сопротивление изменялось в пределах от 0 до 2 Ом. Расчеты проводились для случаев замыканий на нагрузке различной мощности (Рп=25-100 кВт) с учетом и без учета влияния повторных заземлений нулевого провода. По результатам расчетов построены соответствующие графические зависимости [Л. 14] На рис. 2-19 приведены зависимости расчетных величин от емкостного сопротивления в нейтрали для случая замыкания на корпус нагрузки с номинальной мощностью 100 кВт и длине питающей линии 100 м при отсутствии и наличии повторных заземлений нулевого провода. Аналогичные графики при длине питающей линии 1 000 м приведены на рис. 2-20. Сопротивление повторных заземлений нулевого провода принималось равным 10 Ом.
Анализируя графики, приходим к выводу, что для сохранения достаточной кратности тока замыкания по отношению к номинальному току нагрузки и напряжения на неповрежденных фазах, не превышающего номинальное, емкостное сопротивление нейтрали должно составлять приблизительно 0,1 Ом. В расчетах не учитывалось влияние индуктивности питающей линии на величину тока замыкания, поэтому в реальных сетях включение небольшого емкостного сопротивления в цепь замыкания не только не ограничивает величину тока, но вызовет его возрастание за счет компенсации индуктивного сопротивления сети.
Рис. 2-19. Параметры электроустановки при включении емкости в нейтраль.
а — при отсутствии повторных заземлений; б — при повторном заземлении Rn =10 Ом.
Применение емкостей с сопротивлением 0,1 Ом не составит затруднений, так как емкости соответствующей мощности выпускаются промышленностью для компенсации реактивной мощности [Л. 16].
Рис. 2-20. Параметры электроустановки с емкостью в нейтрали при замыкании на линии длиной 1 км.
а — без повторных заземлений; б — при повторном заземлении Rn=10 Ом.
Рис. 2-21. Схемы включения компенсаторов.
а — в нейтраль трансформатора; б — в искусственную нейтральную точку; в — в фазы электроустановки.
Существенным недостатком предложенного метода непрерывного контроля изоляции является невозможность его использования при наличии однофазной нагрузки, связанной с нулевым проводом, так как в этом случае оперативный постоянный ток замыкается через сопротивления однофазной нагрузки. Поэтому для дальнейшего расширения использования метода необходимо для питания однофазных потребителей использовать специальный провод, изолированный от зануляющих проводников. Такая пятипроводная схема электроснабжения помимо возможности непрерывного контроля изоляции обладает еще рядом серьезных преимуществ. Как отмечается в [Л. 17], при такой схеме электроснабжения появляется возможность обеспечить селективность приборов защитного отключения, реагирующих на ток нулевой последовательности. Возможны и другие пути решения вопроса о применимости метода при наличии однофазной нагрузки. В частности, возможно отделение нулевого провода емкостью в силовых сборках, от которых питается однофазная нагрузка.
Предложенный метод контроля особенно перспективен, так как позволяет использовать уже выпускаемые промышленностью приборы непрерывного контроля изоляции. Кроме того, расширяются возможности применения выпускаемых приборов защитного отключения в сетях с глухим заземлением нейтрали. Для внедрения метода в практику эксплуатации необходимы дальнейшие испытания в электроустановках.