Изоляция электроустановок и её контроль

Сопротивление изоляции и условия безопасности. Надежность работы электрооборудования зависит, прежде всего, от состоя­ния изоляции токоведущих частей. Повреждение ее является основной причиной многих несчастных случаев. Обеспечение на­дежности изоляции достигается правильным выбором ее мате­риала и геометрии (толщина, форма), обусловленной значением рабочего напряжения и конструкцией оборудования, правильной оценкой условий эксплуатации, надежной профилактикой в про­цессе работы.

Сопротивление изоляции, согласно ПТЭ, должно составлять не менее 1,0 МОм для цепей релейной защиты постоянного тока, 5 МОм- для цепей релейной защиты переменного тока, 0,5 МОм — для вторичных обмоток измерительных трансформа­торов и релейных аппаратов, 1 МОм — для це­пей электроприводов. Активное сопротивление изоляции сило­вых трансформаторов не нормируется. Значение сопротивления изоляции пускорегулирующих аппаратов, контакторов, магнит­ных пускателей и автоматов, связанных с пусковыми схемами электродвигателей, также не нормируется. Но качество изоляции подлежит, согласно требованиям ПУЭ, ПТБ, ПТЭ, регулярной проверке.

Основанием для суждения о том, допустима или не допусти­ма эксплуатация изоляции при данном ее состоянии, служит сравнение значений сопротивления изоляции, полученных при измерении в процессе эксплуатации, с первоначальными значе­ниями, полученными перед вводом оборудования в работу. Со­противление считается недостаточным, если снижение его по отношению к первоначальным значениям превысит 30 %.

Контроль состояния изоляции электроустановок. Существуют два вида контроля изоляции: периодический и непрерывный.

Периодический контроль решает задачи профилактических испытаний изоляции. Основными здесь являются два метода: оценка состояния изоляции по значению активного сопро­тивления и испытание изоляции повышенным напряжением.

Измерение активного сопротивления изоляции осуществляется специальным прибором — мегаомметром. Мегаомметр имеет встроенный источник напряжения постоянного (выпрямленно­го) тока. Существует несколько модификаций этих приборов, в частности электромеханические типа М4100 и МС-05. Они со­держат встроенный генератор с постоянным магнитом, приводи­мый во вращение рукояткой частотой вращения 120...130 об/мин. Более удобны выпускаемые в настоящее время электронные мегаомметры типа ФУ100 (4101, 4102) с питанием от сети перемен­ного тока или от внешнего источника постоянного тока напря­жением 12 В. Напряжение питания в них преобразуется (повышается, выпрямляется) до значений 100, 500, 1000, 2500 В.

Благодаря высоким значениям напряжения мегаомметры могут служить не только для измерения сопротивления, но и для испытания изоляции повышенным напряжением.

При подключении электрической цепи под постоянное напряжение в изоляции цепи создается заряд емкости. Время заряда за­висит от влажности изоляции. С её увеличением время заряда уменьшается, соответственно будет изменяться и сопротивление изоляции. Принято сравнивать сопротивления изоляции R₁₅и R₆₀, измеренные через временные интервалы 15 и 60 с после приложения напряжения. Степень увлажнения характеризуется коэффициентом абсорбции К_а6с = R₆₀/R₁₅ (абсорбция здесь — поглощение влаги всем объ­емом изоляции). У влажной изоляции К_а6с = 1,1...1,3; у сухой К_а6с = = 1,3...1,7. Для удобства определения К_абс электронные мега­омметры имеют реле времени, которые подают сигналы через 15 и 60 с после включения объекта под напряжение. За сопротивле­ние изоляции принимают ее одноминутное значение.

Перед подключением мегаомметра установку заземляют для снятия остаточного заряда, предварительно проверяют отсутствие напряжения. Присоединение прибора выполняют проводами с усиленной изоляцией (например, марки ПВЛ). Заземление с токоведущих частей снимают только после подключения мегаомметра.

Испытание изоляции повышенным напряжением осуществляется в электроустановках напряжением до и выше 1000 В.

В электроустановках напряжением до 1000 В изоляцию аппаратов, вторичных цепей и электропроводок испытывают повышенным напряжением 1000 В в течение 1 минуты. Правила допускают в качестве источника повышенного напряжения использовать также мегаомметр на 2500 В.

В электроустановках напряжением выше 1000 В оборудование и кабели испытывают повышенным напряжением, преимущест­венно постоянным током. Кратность испытательного напряжения по отношению к номинальному составляет 4 – 6 в зависимости от рода испытательного напряжения. Например, для кабелей 6 – 10 кВ испытательное напряжение принимается 50 кВ. Время приложе­ния напряжения — 5 минут.

Профилактические испытания повышенным напряжением в сети ниже 1000 В правилами не регламентируются и в практи­ку внедряются слабо.

Действующие правила предписывают производить периодический контроль состояния изоляции электроустановок до 1000 В не реже одного раза в три года. Измерение сопротивления изо­ляции выполняется на отключенной установке с помощью мегаомметра на номинальное напряжение 1000 В. Сопротивление изоляции силовых и осветительных электро­проводок измеряется при снятых плавких вставках предохрани­телей на участке между смежными предохранителями (или за последними предохранителями), между каждым проводом и зем­лей, а также между двумя каждыми проводами. При этом в си­ловых сетях необходимо отключить электроприемники, а также аппараты, приборы; в осветительных сетях вывинтить лампы, а штепсельные розетки, выключатели и групповые щитки отсоединить.

Сопротивление изоляции силовых и осветительных проводок должно быть не ниже 0,5 МОм [4].

Схема испытания изоляции кабеля выпрямленным напряжением приведена на рис.4.8.

Сопротивление изоля­ции устройств измеряются для каждой секции распределительного устройства отдельно и должно составлять не менее 0,5 МОм. Испытанию повышенным напряжением (1000 В переменного тока, 50 Гц) подвергается изоляция элементов приводов выклю­чателей и разъединителей, вторичных цепей аппаратов, а также изоляция силовых и осветительных электропроводок. Испытатель­ное напряжение прикладывается к изоляции в течение 1 минуты. При испытании повышенным напряжением переменного тока в качестве источника испытательного напряжения применяют транс­форматоры, которые включаются как повышающие с питанием об­мотки низшего напряжения от сети 380/220 В через регулируемый автотрансформатор.

Для предотвращения перенапряжений рекомен­дуется использовать линейное напряжение сети, так как форма фаз­ного напряжения может быть искажена. Мощность испытательного трансформатора можно определить по формуле: S = mCU²∙10^-9, кВ∙А, где U— испытательное напряжение, кВ; С — ёмкость кабеля, пФ.

Рис. 4.8. Схема испытания изоляции кабеля

       выпрямленным напряжением:

1 — коммутационный аппарат; 2 — защитный аппарат; 3 — автотрансформатор; 4 — вольтметр; 5 — испытательный трансформатор; 6 — выключатель кнопочный; 7 — миллиамперметр; 8— выпрямитель; 9— резистор; 10 — кабель

В качестве испытательных трансформаторов небольшой мощ­ности (до нескольких киловатт) можно использовать измеритель­ные трансформаторы напряжения. При необходимости напряже­ние на них может быть повышено до 150 % от номинального. Применяя силовые трансформаторы, следует иметь в виду, что в кратковременном режиме они допускают перегрузку по току до 250 – 300 %.

Испытательное напряжение постоянного тока получают преобразованием переменного напряжения от повышающего трансформатора по схеме однополупериодного выпрямления (рис. 4.8).

При включении такой схемы на активное сопротивление (или без нагрузки) выходное напряжение по форме будет представлять собой полусинусоиды (рис. 4.9). При наличии в нагрузке ёмкости напряжение сглаживается и приближается по форме к постоянно­му, а по величине- к амплитуде синусоидального напряжения. Если снимать напряжение непосредственно с выход­ных зажимов повышающего трансформатора, данную схему можно использовать и для получения повышенного напряжения переменного тока. При этом необходимо учитывать следующее: действующее значение переменного напряжения будет меньше амплитудного в 1,41 раза.

Рис. 4.9. Форма кривой напряжения

       при однополупериодном выпрямлении:

При испытании кабеля повышенным напряжением необходимо учитывать его способность накапливать емкость, которая пропорциональна длине кабеля и тем больше, чем больше сече­ние жил кабеля.

Емкость эта заряжается до на­пряжения, равного испытательно­му. Процесс разряда емкости ка­беля и уменьшения напряжения на его зажимах происходит по за­кону экспоненты.

Время разряда емкости воз­растает пропорционально постоянной времени Т, т. е. емкости и сопротивлению изоляции. Время разряда кабеля после отключе­ния испытательного напряжения показывает чрезвычайную опасность прикосновения к жилам кабеля, если заряд емкости и напряжения на кабеле будут уменьшаться только за счет тока утечки. Для ускорения разряда служит специальная изолирую­щая штанга, которой соединяют жилу кабеля с землей.

Непрерывный контроль за состоянием изоляции. Рассмотренные выше методы периодической проверки состояния изоляции не дают гарантии того, что при эксплуатации электрооборудования не возникнет аварийных повреждений, а следовательно, и поражений электрическим током. Устранить или, во всяком случае, уменьшить опасность поражения человека электрическим током можно организацией непрерывного контроля за состоянием изоляции в процессе ее эксплуатации.

Непрерывность контроля изоляции особенно важна в сетях с изолированной нейтралью. Если в такой сети произойдет однофазное замыкание на землю, то напряжение двух других фаз с исправной изоляцией по отношению к земле повышается до линейного, таким образом, человек, прикоснувшийся к исправ­ной фазе, попадает под линейное напряжение.

При непрерывном контроле изоляции и наличии сигнализа­ции о возникновении однополюсного замыкания или о сниже­нии сопротивления изоляции ниже установленной нормы пред­ставляется возможным отыскать и устранить место повреждения изоляции электроустановки, предотвратив тем самым аварийное состояние.

В разветвленных сетях с большими емкостными токами замыкания на землю, а также в сетях с глухозаземленной нейтра­лью высокое сопротивление изоляции не обеспечивает полной безопасности. Поэтому ПУЭ требуют осуществлять непрерывный контроль за состоянием изоляции в сетях с изолированной ней­тралью напряжением до и выше 1000 В.

В сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В непрерывный контроль выполняется с помощью трех высокоомных вольтметров, включенных в звезду (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Схема включения трёх вольтметров

В нор­мальном режиме все три вольтметра показывают значение фазного напряжения. Когда на одной из фаз происходит пов­реждение изоляции, напряжение относительно земли на этой фазе уменьшается. Если сопротивление в месте повреждения равно нулю, напряжение падает до нуля. При этом напряже­ние относительно земли на неповрежденных фазах возрастает до линейного.

По значению отклонения напряжения можно ориентировочно судить о значении сопротивления изоляции на поврежденной фазе. Чувствительность схемы обусловлена значением внутреннего сопротивления вольтметров. Чем оно больше, тем с большей точностью выявляется начавшееся пов­реждение. С учетом этих соображений, а также для повыше­ния надёжности электроустановки в схеме приняты высокоомные вольтметры.

Недостатком подобного контроля является отсутствие возможности выявить снижение значения сопротив­ления изоляции, если оно происходит одновременно и одинако­во на всех трех фазах.

В сетях напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью непрерывный контроль обеспечивается тремя вольтметрами, включенными через однофазные трансформаторы напряжения.

Автоматизация контроля изоляции, устранение недостатков, присущих приведенным схемам, привели к созданию схем конт­роля, которые можно разделить следующим образом: схемы, ра­ботающие на токах нулевой последовательности; вентильные схемы; схемы, работающие на выпрямленных токах посторонне­го источника; схемы, работающие на токах постороннего источ­ника с частотой, отличной от промышленной; комбинирован­ные схемы.

Для сети с изолированной нейтралью вентильная схема представлена на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Вентильная схема непрерывного контроля изоляции

Она наибо­лее полно удовлетворяет требованиям контроля, позволяет осу­ществлять звуковую сигнализацию и измерение полного сопротивления изоляции сети относительно земли. Наиболее перспективны схемы, работающие от постороннего источника с выпрямителями.

Двойная изоляция

Двойная изоляция применяется в электроустановках, к кото­рым предъявляются особо высокие требования в отношении электробезопасности (переносной электроинструмент, бытовые электроприборы и др.). Подобные электроприемники имеют две независимые одна от другой ступени изоляции — основную (рабочую) и дополни­тельную (защитную), каждая из которых рассчитана на номи­нальное напряжение (рис. 4.12).

Двойная изоляция наиболее эффективна, когда она осуществля­ется путем выполнения корпуса электроприемника из изолирующе­го материала. Такой корпус предохраняет от поражения электричес­ким током не только при пробое внутренней основной изоляции, но и при случайном прикосновении к рабочей (металлической) части электроприемника, находящейся или оказавшейся под напряжени­ем (например, электродрели в пластмассовом корпусе).

Такое ис­полнение двойной изоляции дает достаточно надежное обеспече­ние электробезопасности, снимает необходимость в заземлении или занулении, облегчает и упрощает обслуживание. Двойная изоляция может выполняться также путем покры­тия металлического корпуса электрооборудования изоляционным материалом. Однако следу­ет иметь в виду, что пок­рытия только тогда выполняют свою роль, когда обладают достаточной ме­ханической и электричес­кой прочностью и соответ­ствуют условиям работы. Поэтому покрытие метал­лических корпусов краска­ми, лаками, эмалями и дру­гими изоляционными ве­ществами не дает права относить подобное электрооборудование к установкам.

Не следует смешивать двойную изоляцию с усиленной, которая представляет собой рабочую изоляцию с несколько большим количеством слоев и по электрическим параметрам немного выше.

На корпусе изделия с двойной изоляцией на видном месте наносится специальный знак — квадрат в квадрате, что делает его легко отличимым от обычных изделий.

Рис. 4.12. Схема защиты с помощью  двойной изоляции:

1 — нормальная изоляция; 2 — токоведущие части;

3— дополнительная защитная изоляция