Контрол на изолацията в инсталации ниско напрежение - част II

ПОДОБНИ СТАТИИ

ETI Elektroelement, Евгени Станчев: ETI засилва позициите си на местния пазар

Контрол на изолацията в инсталации ниско напрежение

Семинар разгледа дефектнотокови защити

В първата част на материала, публикувана в бр. 8/2013г. на списание Инженеринг ревю, бяха разгледани методите за контрол на изолацията в зависимост от системата за заземяване на неутралата. Тук продължаваме с представянето на устройствата за постоянен контрол на изолацията в IT инсталации.

Принципът на работа на съвременните устройства за контрол на изолацията се основава на прилагането на тестово напрежение между проводниците на контролираната уредба и земя (не по-високо от 120 V съгласно цитирания стандарт EN 61557-8), и измерването на тока през съпротивлението на свързване (фиг. 1). По този начин се определя сумарното съпротивление на инсталацията към земя.

Съществуват различни прибори с различен вид на тестовото напрежение и различни измервателни схеми. Изборът на една или друга система зависи от характера на контролираната инсталация и по-точно:

• вид на инсталацията: 1 - изцяло променливотокова; 2 - променливотокова с присъединени галванично свързани посткояннотокови изправители и техните консуматори; 3 – постояннотокова;
• големината на сумарния капацитет към земя.

Исторически първите създадени устройства за постоянен контрол на изолацията използват постоянно тестово напрежение. Те могат да се използват само в променливотокови системи. Най-голямото им предимство е, че капацитетите на системата към земя представляват безкрайно съпротивление за тестовия ток и така не влияят на измерването на съпротивлението на изолацията.

Затова устройствата с постоянно тестово напрежение намират широко приложение и днес. Те обаче не са подходящи за променливотокови мрежи с присъединени галванично свързвани постояннотокови устройства, тъй като тези устройства наслагват токове към тестовия ток. Тези устройства също така не позволяват комбиниране с устройства за локализиране на повредата без изключване.

Алтернативно решение е използването на променливо тестово напрежение с ниска честота. Това е система, подходяща както за променливотокови, така и за постояннотокови инсталации. Тя обаче предизвиква допълнителен ток през капацитетите към земя. Така увеличеният сумарен тестов ток се възприема погрешно като ток на повреда.

Следователно, системата с променливо тестово напрежение не е подходяща нито за големи инсталации (с голяма дължина на кабелите), нито за инсталации с присъединени много електронни устройства, каквито са повечето съвременни инсталации.

Подобрено решение е прилагането на правоъгълни импулси с ниска честота и променлив поляритет. Те са нечувствителни към капацитета към земя, но имат дълъг цикъл на измерване, което може да попречи на регистрирането на прекъсващи повреди.

Един от най-добрите съвременни методи е прилагането на променливо напрежение с ниска честота, при което се мери не само големината на тестовия ток, но и неговото дефазиране спрямо тестовото напрежение. Така с помощтта на цифрови схеми се определя само активната съставка на тока, която е свързана с протечките през съпротивлението на изолацията, а капацитивната съставка се пренебрегва.

Устройствата за следене имат нормално два настройваеми прага на сигнализация – предупредителна сигнализация и основна сигнализация. В препоръките на различни производители се срещат различни препоръки за настройка. В стандарт IEC 60634 се посочва минимална стойност на изолацията в електроразпределителни уредби НН от 100 W/V, като предупредителната сигнализация се настройва на 150% от тази стойност, а основната – на 75% от нея.

Този стандарт обаче разглежда само самата уредба, но не и консуматорите, включени към нея, а тяхното изолационно съпротивление може да бъде значително по-малко. Освен това в случаи, когато част от инсталацията е стояла дълго време изключена, е много вероятно изолацията на нейните елементи да е погълнала влага и нейната стойност да е спаднала, което би предизвикало сработване на сигнализацията, въпреки че след известно време влагата се изпарява, благодарение на повишаването на температурата на работещите проводници и изолационното съпротивление се възстановява.

Поради това някои производители предлагат и по-ниски стойности на настройка. В крайна сметка настройката зависи от конкретната инсталация, от мерките за безопасност и от натрупания експлоатационен опит.

Свързване към инсталацията на устройства за постоянен контрол на изолацията
Тестовото напрежение може да се подава било към един фазов, било към неутралния проводник, когато такъв е достъпен, като при това всичките фази получават потенциала на източника през звездния център на захранващия трансформатор на уредбата.

Когато включването става към фазов проводник, номиналното напрежение на следящото устройство следва да бъде избрано по междуфазно, а не по фазно напрежение на инсталацията. Това е така, защото в случай на земно съединение в система с изолирана неутрала напрежението на здравите фази към земя се увеличава до стойността на междуфазното напрежение.

Характерно за активните устройства за следене на изолацията е, че в една инсталация във всеки момент може да работи само едно от тях, тъй като в противен случай техните тестови напрежения биха се наслагвали едно върху друго.

Поради това цялостното контролиране на една инсталация, състояща се от няколко секции или имаща повече от един захранващ източник, представлява сериозно предизвикателство.
Ако едно устройство се монтира на разпределителните шини на една уредба с два източника на захранване (устройство “c” на фиг. 2), то няма да контролира частта от инсталацията зад прекъсвача на изключения в даден момент източник, а предвид че изискванията за надеждност на такива уредби са високи, това е голям недостатък на решението.

Добрата практика изисква монтиране на устройство за следене на изолацията на всеки от фидерите (устройства “a” и “b” на фигурата). Устройствата трябва да имат връзка помежду си, която да позволява изключване на едното от тях в случай на запаралелване на двата източника.

Да се предвиди устройство за следенето на изолацията на резервните източници на захранване (устройство “b” на фигурата), като например дизелагрегати, докато те са изключени, допринася много за сигурността на една уредба. По време на престоя на такъв агрегат биха могли да се случат тежки повреди на изолацията в резултат на механично въздействие, изяждане от гризачи, поемане на твърде много влага и т. н.

Ако изолацията не се следи при изключен агрегат, такава повреда би могла да предизвика изключване от защита в момента на включване на резервния източник. Същото важи и за други устройства, работещи в “стенд-бай” режим като противопожарни помпи.

Заслужава още да се отбележи, че ако прекъсвачът на такъв агрегат изключва и неутралата, то устройство за следене на изолацията може да се монтира и в система от всеки друг тип, освен IT. Тогава устройството за следене трябва да се изключва при подаване на команда за включване на прекъсвача.

Локализиране на първа повреда в инсталации със система на заземяване IT
След регистриране на влошена изолация от устройството за постоянно следене е необходимо да бъде локализирано мястото на повредата, след което да се планира изключването и ремонтът на повредения участък.

Методът с изключване на фидери е исторически най-ранният метод, който не изисква допълнителни технически средства, е методът с последователно кратковременно изключване на всички фидери. Когато бъде изключен повреденият фидер, се наблюдава рязка промяна в показанието на системата за следене.

Този метод обаче противоречи на основния смисъл на системата IT – непрекъсваемо захранване. Освен това методът не работи толкова сигурно при наличие на повече от една повреда, което не е много рядко явление в една система с голям брой присъединени консуматори като например уредба за оперативно напрежение.

Методи с измерване тока на утечка без инжектиране на тестово напрежение. Друг относително прост, отдавна използван метод, е измерването на остатъчния ток на всеки фидер с токови клещи. Тогава следва да се очаква, че фидерът с най-голям измерен остатъчен ток е този с повредената изолация.

Предвид обаче малките токове на утечка този метод има ниска чувствителност. Освен това се измерват и токовете на утечка през капацитетите към земя и няма как те да бъдат разграничени от токовете на протечка в изолацията.

Едно от решенията на този проблем е следното: временно, докато трае търсенето, звездният център на инсталацията да се заземи през малко активно съпротивление. В резултат токът на повреда нараства и може по-надеждно да бъде измерен чрез токовите клещи.

По-съвременен вариант на това решение е автоматично устройство, което периодично свързва за кратко всеки един от фазовите проводници към земя през токоограничаващо съпротивление. Във всеки период през повредения фидер се получава верига на късо съединение с голям ток на небаланс – вж. фигура 3.

На всеки от фидерите са монтирани стационарни токови трансформатори тип “Феранти” с устройства, реагиращи на тока на небаланс. При този метод остава проблемът с разграничаване на утечките през капацитетите към земя от тока през повредената изолация.

В тази връзка следва да се спомене и един граничен вариант на система за заземяване IT – заземяване на звездния център през относително малко активно съпротивление, ограничаващо тока на земно съединение до стойности от порядъка на 5.

Тъй като такива порядъци на тока на повреда все още позволяват работа на уредбата с едно земно съединение без опасност от повреда на консуматорите, това все още може да се счита за уредба от типа IT.

Относително големият ток на повреда позволява използването на прости токови релета, свързани към трансформатори тип “Феранти” към фидерите, които изпълняват ролята едновременно на устройства за постоянен контрол на изолацията и на устройства за откриване мястото на повредата.

Недостатъкът е, че при по-големия ток на земно съединение се повишава и стойността на допирното напрежение Uд, което е напрежението между корпуса на повредения елемент и земята. То се определя от големината на тока на повреда Iп и съпротивлението на заземление Rз: Uд = Iп x Rз.

Поради това една такава уредба има много по-сериозни изисквания към заземителната уредба, за да не се допуснат опасно високи допирни напрежения. По тази и други причини тази разновидност на система IT няма широко приложение.

Методи с измерване тока на утечка с инжектиране на тестово напрежение. Това са съвременни методи, при който също се използва измерване на тока на небаланс посредством трансформатори тип “Феранти”, монтирани на всеки фидер, но с инжектиране на синусоидално тестово напрежение с ниска честота към контролираната мрежа.

Честотата е от порядъка на няколко херца, като така практически се елиминира влиянието на капацитетите към земя. Същевременно тестовата честота не може да бъде по-ниска от 2.5 Hz, защото в противен случай няма как да става измерването с трансформатори тип “Феранти”.

Често функциите за постоянен контрол на изолацията и за откриване мястото на повредата се комбинират в едно устройство. Могат да бъдат предвидени алармени устройства, свързани към токовите трансформатори на всеки фидер или свързването на всички токови трансформатори към едно централно устройство, което ги сканира последователно.

Също така разумно решение е монтиране на стационарни устройства на фидерите по високите нива на инсталацията, докато повредата се търси посредством преносим прибор с токови клещи по ниските нива.

На фигура 4 е изобразена типичната архитектура на една съвременна система, включваща: 1 - комбинирано устройство за постоянен контрол на изолацията с генератор на напрежение за откриване на повредата; 2 - многоканално стационарно устройство за откриване на повредата, свързано към стационарни тороидални токови трансформатори; 3 - преносимо устройство за откриване на повредата с токови клещи.

Методи с измерване съпротивлението на изолацията на всеки фидер. Това са най-усъвършенстваните за момента системи, които се прилагат в случаи на много специални изисквания за контрол в реално време на изолацията на всеки фидер поотделно. Такова решение може да бъде базирано на описания по-горе принцип за постоянен контрол на изолацията с променливо напрежение с ниска честота и измерване на фазовата разлика между тестовите напрежение и ток. В този случай обаче измерването става поотделно на всеки фидер.