Методы выявления и оценки рисков электробезопасности на основе диагностики параметров изоляции в распределительных электрических сетях

Аннотация

Актуальность. В статье актуальность и практическая значимость поставленных исследовательских задач обоснованы необходимостью достоверной оценки состояния изоляции распределительных электрических сетей и обеспечения электробезопасности. Старение изоляции, её увлажнение, загрязнение и механические повреждения способствуют увеличению токов утечки между фазой и землёй, возникновению однофазных замыканий на землю и развитию многофазных аварий. Указанные факторы определяют научно-практическую значимость контроля параметров изоляции и своевременного выявления признаков ухудшения её технического состояния.

Необходимость решения поставленных задач раскрыта посредством сравнительного анализа диагностических возможностей и ограничений применяемых методов измерения. В частности, рассмотрены риски, связанные с созданием искусственного замыкания на землю при использовании метода непосредственного замыкания на землю и метода амперметра–вольтметра: повышение напряжения неповреждённых фаз относительно земли и возникновение дополнительной опасности для персонала и электрооборудования. Отмечена также ограниченность возможностей раздельной оценки состояния изоляции отдельных фаз. Выявленные ограничения обосновывают необходимость комплексного анализа полной, активной и реактивной проводимостей изоляции, уточнения диагностических критериев и совершенствования методов измерения.

Инженерная значимость исследования определяется рассмотрением технических ограничений, возникающих при подключении дополнительной активной проводимости, включая значительную рассеиваемую мощность и температурную зависимость параметров измерительного элемента. Анализ возможностей подключения дополнительной ёмкости позволяет рассмотреть альтернативный подход к определению параметров изоляции с учётом указанных ограничений. Поставленные задачи ориентированы на раннее выявление неблагоприятных изменений состояния изоляции, повышение достоверности результатов измерений и обоснование направлений разработки средств мониторинга, не нарушающих рабочий режим сети.

Актуальность и практическая необходимость поставленных исследовательских задач достаточно обоснованы в рамках представленного теоретического и технического анализа. Вместе с тем доказательная база исследования может быть усилена за счёт привлечения эксплуатационной статистики, результатов экспериментальных измерений и количественного сопоставления рассматриваемых методов по показателям точности, чувствительности и безопасности.   .

Цель: Анализ диагностических возможностей методов непосредственного однофазного замыкания на землю, амперметра–вольтметра и подключения дополнительных активной и реактивной проводимостей в распределительных электрических сетях, установление взаимосвязей между полной, активной и реактивной проводимостями, импедансом изоляции и рисками электробезопасности, а также обоснование диагностических критериев для достоверной оценки технического состояния изоляции.

Методы: В исследовании применены методы сравнительного и аналитического анализа, моделирования электрических цепей на основе эквивалентных схем и расчётной оценки параметров изоляции. При использовании метода непосредственного однофазного замыкания на землю измерялись ток замыкания на землю и напряжение фазы относительно земли, на основании которых определялись полная проводимость и импеданс изоляции. В методе амперметра–вольтметра активная, ёмкостная и полная проводимости изоляции рассчитывались по результатам измерения напряжения фазы относительно земли до и после подключения дополнительной активной или реактивной проводимости известного значения. Проанализированы расчётные зависимости, основанные на измерении линейного напряжения, напряжения нулевой последовательности и напряжения фазы относительно земли, а также технические возможности метода подключения дополнительной ёмкости.

Результаты: Установлено, что полная проводимость изоляции может быть определена как отношение тока замыкания на землю к напряжению фазы относительно земли  y_из=I_ф.з/U_ф.з, а полный импеданс изоляции — по выражению Z_из=1/y_из. Показано, что увеличение активной проводимости свидетельствует о возрастании токов утечки и диэлектрических потерь в изоляции, а увеличение реактивной проводимости — о росте ёмкостного тока относительно земли и тока однофазного замыкания. Увеличение полной проводимости и уменьшение импеданса определены как основные диагностические признаки ухудшения состояния изоляции. Установлено, что выбор дополнительной проводимости в диапазоне от 0,5y_из до 2y_из повышает чувствительность измерений и снижает расчётную погрешность. В связи со значительной рассеиваемой мощностью высоковольтной активной проводимости и зависимостью её параметров от температуры обоснована целесообразность применения силовых конденсаторов в качестве дополнительной ёмкости. Комплексная оценка полной, активной и реактивной составляющих проводимости позволяет выявлять скрытые дефекты, отслеживать тенденции ухудшения состояния изоляции и заблаговременно оценивать риски электробезопасности.