Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

«Методы и средства оценки технического состояния изоляции высоковольтных цепей» - файл 1.doc


«Методы и средства оценки технического состояния изоляции высоковольтных цепей»
скачать (186 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc186kb.16.11.2011 19:37скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Министерство образования Украины


Академия муниципального управления


Контрольная работа по дисциплине:

Основы надёжности и диагностирования

на тему: «Методы и средства оценки технического состояния изоляции высоковольтных цепей»


Выполнил студент: гр. АТ-41 Васильев С.А.


Проверил: доцент Шматков В.А.


Киев 2009

Содержание


Введение……………………………………………………………………… 3


Анализ отказов изоляции высоковольтных цепей………………………… 4


Обоснование и выбор параметров для контроля технического состояния

изоляции высоковольтных цепей…………………………………………… 6


Обзор и анализ существующих методов и средств контроля

диагностических параметров………………………………………………. 10


Разработка технических требований к предлагаемому средству контроля диагностических параметров, расчёт и выбор элементов и узлов средств контроля……………………………………………………………………... 15


Литература…………………………………………………………………... 19


Введение

С точки зрения электробезопасности троллейбус является уникальным объектом техники, так как, несмотря на повышенное. напряжение (600 В), которым питается большое число его электрических машин, аппаратов, корпус троллейбуса не имеет заземления и изолирован от земли резиновыми шинами.

В условиях когда идет постоянное касание корпуса машины пассажирами при посадке и высадке, попадание высокого потенциала на корпус троллейбуса представляет чрезвычайно большую опасность, иногда заканчивается даже смертельными случаями. Не меньшую опасность имеет ток утечки троллейбуса для обслуживающего персонала депо, особенно моечно-уборочных зон, где в условиях повышенной влажности поражение электрическим током почти всегда приводит к тяжелым последствиям.

Поэтому создание методов и средств, позволяющих исключить случаи поражения электрическим током пассажиров и персонала, является для троллейбусного транспорта проблемой исключительной важности. Ее необходимо решать двумя путями — совершенствованием конструкции троллейбуса (использованием более стойких изоляционных материалов, увеличением числа ступеней изоляции между токоведущими частями и кузовом, лучшей герметизацией узлов троллейбуса) и созданием эффективных средств контроля технического состояния элементов машины, влияющих на электробезопасность.

Полная электробезопасность пассажиров может быть обеспечена только в том случае, когда при попадании на корпус опасного потенциала будет производиться автоматическое отключение троллейбуса от контактной сети.


3

^ Анализ отказов изоляции высоковольтных цепей


Причиной попадания на корпус троллейбуса опасного потенциала является ухудшение изоляции высоковольтного оборудования. Оценку состояния последней ведут по двум параметрам: сопротивлению изоляции Rиз и току утечки Iут. Несмотря на очевидную взаимосвязь этих параметров, их не следует считать дублирующими: сопротивление изоляции в большей степени характеризует работоспособность изоляции электрических машин, аппаратов и проводов, а ток утечки является интегральной характеристикой электробезопасности транспортного средства.

По мере эксплуатации электрооборудования троллейбуса развивается квазимонотонное ухудшение изоляции обмоток машин, аппаратов, проводов. Происходят химические превращения в связующих и пропиточных материалах, появляются трещины в изоляции. Ухудшенные свойства последней проявляют себя по-разному в различных внешних условиях. Так, при работе машины или аппарата в сухой среде это ухудшение изоляции может не влиять на работоспособность узла и ток утечки.

Картина резко меняется при изменении среды, например увлажнении воздуха или попадании брызг воды на изоляцию. В этом случае электропроводность «старой» изоляции возрастает тем в большей степени, чем большей водопроницаемостью обладают слои изоляции из-за микротрещин.

Именно в таком режиме работает изоляция высоковольтного оборудования троллейбусов. В периоды обильного снеготаяния, дождливую погоду имеет место попадание частиц влаги на обмотки тягового двигателя, двигателя компрессора, высоковольтные провода, расположенные под кузовом троллейбуса и на его крыше, в связи с чем повышается электропроводность изоляции.

В сырую погоду ухудшается изоляция не только обмоток и проводов, но и возрастает поверхностная токопроводность твердых изоляционных материалов — фарфоровых изоляторов реостатов, изоляторов щеткодержателей, текстолитовых материалов. Капли влаги, загрязнений и соли оседают на поверхностях этих


4

изоляционных конструкций и являются причиной тока утечки через них. В сухую погоду случаев снижения изоляционных свойств таких конструкций практически не наблюдают.

Таким образом, троллейбус с одним и тем же техническим состоянием изоляции обладает разными свойствами с позиции электробезопасности при разных погодных условиях.

Очевидно, что для обеспечения условий безопасности необходимо в момент технического обслуживания, а именно при диагностировании, прогнозировать состояние изоляции на предстоящем периоде эксплуатации с учетом наихудших погодных условий. Однако, как показали исследования, в силу большого числа случайных факторов, влияющих на изменение свойств изоляции, найти достоверный способ прогнозирования состояния изоляции на базе неразрушающих методов контроля пока не удается.

Изменение свойств изоляции при особых климатических условиях зависит не только от первоначальных свойств самой изоляции, но и внешних условий: состояния дорожного покрытия, режима вождения и др. В результате имеет место «перемешивание» кривых роста тока утечки на отдельных троллейбусах в функции пробега в сырую погоду.


5

^ Обоснование и выбор параметров для контроля технического состояния изоляции высоковольтных цепей


В эксплуатационных условиях идеальной следует считать стратегию управления электробезопасностью троллейбусов, включающую два этапа. Первый — углубленный поэлементный контроль сопротивления изоляции и токов утечки внешними контрольно-диагностическими устройствами при прохождении троллейбусом ТО и Р. На этом этапе проводят восстановительные воздействия по элементам, параметры изоляции которых ниже допустимых.

Второй этап — непрерывный контроль токов утечки высоконадежным встроенным диагностическим устройством.

К сожалению, несмотря на интенсивные работы, которые велись и ведутся во многих странах мира с 30-х годов, пока еще не создан достаточно эффективный бортовой прибор для контроля токов утечки.

Одна группа устройств имеет слишком низкую чувствительность индикатора, другая — ограниченную зону действия, на показания третьей влияет значение напряжения контактной сети, т. е. место нахождения троллейбуса на линии; работа четвертой зависит от соотношения сопротивления изоляции положительных и отрицательных цепей машины или от сопротивлений шин и дорожного покрытия.

За рубежом наибольшее распространение получили встроенные устройства контроля тока утечки или опасного потенциалана корпусе троллейбуса, в основе которых лежит принцип прямого измерения тока (напряжения) между корпусом машины и землей.

К достоинствам этого способа относят сравнительную простоту схемной реализации самого устройства и универсальность. Оно может работать в сетях с заземленной системой электроснабжения и системой питания с изолированными полюсами.

Прибор постоянно регистрирует разность потенциалов между корпусом


6

троллейбуса и изолированно закрепленными заземляющими тросами — шинами КС1 и КС2, которые находятся в контакте с поверхностью дороги. При наличии разности потенциалов между корпусом и землей происходит заряд конденсатора СЗ через резистор R1 до напряжения, при котором отпирается симистор (триодный симметричный тиристор) V1. При этом С3 разряжается через резистор R2, выпрямительный мост VD4 на вход оптрона V2, осуществляющего гальваническую развязку входной цепи от усилителя и сигнализатора.

После разряда С3 симистор закрывается, и происходит повторение описанного процесса. Чем выше разность потенциалов между землей и корпусом, тем быстрее заряжается конденсатор С3 и выше частота колебаний на выходе оптрона U2. Чем выше частота, тем больше напряжение на итегрирующей ёмкости С4. Этот сигнал усиливается операционным усилителем DA1 и подается на выходной усилительный каскад. Последний собран на транзисторе VТ1, в коллекторную цепь которого включено реле K1.

Обмотка реле К1 зашунтирована сопротивлением R14 так, что срабатывание К1 благодаря подбору параметров схемы усилителя и входной схемы происходит при напряжении между корпусом и землей около 7,5 В. При этом замыкается контакт реле КК1, появляются сигналы: акустический — зуммер НА и оптический — светится светодиод VD11.

Завод «Шкода» готовит к производству встроенный прибор контроля и сигнализации о токах утечки. В его схемное решение заложены то же принципы, что и в описанный прибор ЕIW.

Представляет интерес создаваемое заводом им. Урицкого совместно с АКХ им. К. Д. Памфилова и другими организациями встроенное устройство контроля изоляции и защиты от поражения электрическим током. В нем использован метод сравнения входящих и выходящих токов и измерения их разности, которая и свидетельствует о значении тока утечки.

Помимо сложностей технического характера, следует отметить, что сам метод


7

предполагает возможность измерения тока утечки, проходящего непосредственно через человека. Это приводит к необходимости установки надежных и быстродействующих защитных устройств. Успешные испытания такого устройства могут приблизить нас к техническому решению проблемы.

Следует отметить, что встроенные устройства, как и любые технические устройства вообще, будут иметь определенную вероятность отказа. Это приведет или к ложному сигналу тревоги, или, наоборот, к тому, что такой сигнал будет отсутствовать даже при появлении на корпусе троллейбуса опасного потенциала. Возможен третий исход отказа, когда корпус машины будет подключен к высокому напряжению через отказавшее устройство.

Установка на некоторых бортовых устройствах специальной кнопки для проверки исправности бортового устройства не во всех случаях может дать положительный результат. В момент контроля исходят из того, что подвижный контакт троллейбуса надежно соединен с землей, однако переходное сопротивление подвижного контакта существенно зависит от состояния поверхности дороги.

Кроме того, сопротивление асфальтобетонного дорожного покрытия сравнительно велико и достигает 100 ^ МОм при сухом асфальте и 0,35 МОм при мокром. Серьезную проблему представляет также быстрый износ подвижного контакта о поверхность дороги.

С учетом сказанного возникает необходимость в применении более достоверных внешних диагностических стендов, позволяющих периодически контролировать исправность бортового прибора непосредственно на линии.

Для обеспечения электробезопасности троллейбусов в условиях эксплуатации необходимо внедрение контрольно-диагностических стендов двух видов: для диагностирования элементов электрооборудования троллейбусов в депо в процессе прохождения ТО или Р и для контроля токов утечки на машине в целом на линии или при экспресс-контроле в депо (например, в моечных зонах).

Следует отметить, что оба вида стендов необходимы и в будущем — после оборудования всех троллейбусов встроенными устройствами сигнализации о токах


8

утечки. Таким образом, проблема создания высокоэффективных внешних устройств контроля электробезопасности троллейбусов является весьма актуальной.


9

^ Обзор и анализ существующих методов и средств контроля диагностических параметров


В НИКТИ ГХ разработаны и широко внедряются стенды для контроля сопротивления изоляции и токов утечки троллейбусов, а именно типов СКПТ, УКТУ, СТУ, УКИ-3П.

Стенд контроля потенциала на корпусе троллейбуса (СКПТ) является наиболее сложным. Вместе с тем он обладает повышенной производительностью и точностью контроля.

Стенд позволяет измерять токи утечки независимо от применяемой системы электроснабжения. Для этого он оборудован автономным источником постоянного напряжения. Наличие последнего существенно повысило также точность измерения в связи с отсутствием погрешности от проводимости шин, имеющей место при измерении токов утечки с питанием высоковольтных цепей от контактной сети.

Коммутатор, выполненный на релейно-контакторных элементах, обеспечивает подачу постоянного напряжения 600 В на секционированный участок контактной сети от автономного источника питания. В результате на участке контроля оба токоприемника оказываются под положительным потенциалом, что исключает необходимость перестановки токоприемников в процессе измерений.

Источник автономного питания мощностью 2 кВт собран по схеме, аналогичной схеме агрегатов тяговой подстанции. Отрицательный полюс источника питания изолирован от «земли». Благодаря этому исключена возможность протекания тока утечки в момент контроля через шины колес троллейбуса.

Генератор тока, выполненный на биполярном транзисторе, предназначен для преобразования напряжения входного сигнала в ток выходного. Для сравнения этого тока с током задатчика опорного сигнала в функциональную схему устройства введен блок сравнения − компаратор.

В случае превышения заданного значения тока формирователь выходного


10

сигнала обеспечивает выдачу команды на включение устройства сигнализации, которое, кроме световой информации при наличии тока утечки больше допустимой нормы, подает еще и звуковой сигнал.

Для учета числа единиц подвижного состава, прошедших контроль, и троллейбусов с током утечки выше заданного уровня в устройстве применяют электромеханические счетчики импульсов. Схемой предусмотрены контроль работоспособности отдельных узлов, а также проверка наличия контакта между корпусом троллейбуса и токосъемным устройством (ТУ).

Токосъемное устройство стенда выполнено в виде электромеханического манипулятора пантографного типа, обеспечивающего автоматическое сближение контактной части устройства с кузовом троллейбуса и фиксацию в момент прижатия к кузову с заданной силой. Для обеспечения надежного электрического контакта устройства с кузовом предусмотрен контроль наличия контакта с визуальной сигнализацией.

В случае низкого качества изоляции силовых цепей на корпус троллейбуса появляется некоторый положительный потенциал. Снимаемое с корпуса напряжение прикладывается к входу генератора тока на транзисторе Т1. Последний включен по схеме с общей базой, выходной ток которого практически не зависит от напряжения между коллектором и эмиттером. для уменьшения влияния переменной составляющей напряжения питания секционированного участка контактной сети в схему генератора введена шунтирующая емкость С1.

При превышении коллекторным током транзистора Т1 заданной с помощью потенциометра R9 уставки, т. е. тока коллектора транзистора Т2, формирователь выходного сигнала, представляющий генератор импульсов (транзисторы Т3, Т4, Т5, конденсатор С2, диоды Д4, Д6), выдает сигнал на включение электромагнитного реле Р2. Транзистор Тб выполняет роль усилителя и при включении реле Р2 шунтируется замыкающими контактами этого реле. Это обеспечивает блокировку реле Р2 и исключает «дребезг» его контактов при поступлении на вход усилителя (тра нзистор Тб) сигнала в виде импульсов напряжения определенной частоты.


11

Реле Р2, включаясь, замыкает цепь питания световой (лампа Л2) и звуковой (сирена Ср) сигнализаций, оповещающих о наличии на корпусе троллейбуса тока утечки, превышающего допустимый.

Схема предусматривает возможность контроля работоспособности отдельных узлов устройства. При нажатии клавиши ^ К2 обеспечивают подачу напряжения внутреннего источника + 24 В на вход генератора тока. Резисторы R6 и R7 подобраны так, что ток выходного сигнала генератора имеет значение выше допустимого. При этом все узлы устройства должны находиться в рабочем состоянии (горят лампы Л1 и Л2).

Если необходимо измерить ток утечки, то нажатием клавиши К1 отключают электронную часть схемы устройства. При этом включается в цепь измерения стрелочный прибор — миллиамперметр.

Для возможности общего и поэлементного контроля сопротивления изоляции стенд комплектуют электрическим мегаомметром Ф-4100. При включении стенда в режим «контроль тока») последний подключают положительным проводом к коммутатору, а отрицательным — к токосъемному устройству стенда.

При поэлементном измерении сопротивления изоляции отдельных участков цепи производят выключение участков высоковольтной цепи в кабине водителя посредством имеющихся выключателей, реверсора, а также снятием предохранителей. Таким способом, например, на троллейбусе ЗиУ-9 можно локализовать семь участков высоковольтной цепи. Значительно облегчены эти измерения на троллейбусах Тр-9 и Тр-14, где установлены специальные разъемы с выводом на них контрольных точек от отдельных агрегатов и участков высоковольтных цепей.

Стенды СКПТ устанавливают в троллейбусных депо на линиях (постах) диагностирования и ТО. По желанию заказчика изготовитель стендов (промышленное объединение «Укркоммунмаш») поставляет их не только с электромеханическим, но и с ручным токосъемным устройствами.

Стенды УКТУ, СТУ и УКИ-3П измеряют ток утечки при питании


12

высоковольтных цепей троллейбуса от контактной сети с заземленным проводом отрицательной полярности. Приборов такого назначения существует множество: от стандартных милливольтметров до устройств, созданных рационализаторами троллейбусных депо. Однако анализ известных технических решений показал, что они не удовлетворяют требованиям или производительности контроля, или точности.

Основная проблема создания устройств такого назначения состоит в следующем. Ток утечки партии троллейбусов может изменяться в очень широких пределах — от долей миллиампера при хорошей изоляции до нескольких ампер при ее повреждении. До начала измерений конкретное значение тока утечки, естественно, не известно. Поэтому для защиты измерительного прибора от возможного повреждения повышенным током измерения начинают «сверху», т. е. сначала в цепь прибора вводят большое сопротивление, затем его уменьшают.

Такой способ измерений требует больших затрат времени. Он не может быть применен для экспресс-контроля на маршрутах, так как требует постоянного наличия оператора,— процесс контроля не поддается в этом случае автоматизации.

Однако если бы и удалось достичь автоматизации измерений по приведенному алгоритму ценой существенного усложнения устройств, то и в этом случае полностью избежать повреждения измерительного прибора не удастся. Так, при неправильных действиях водителей (включение проверяемых цепей с опозданием при уже выведенном защитном сопротивлении) может произойти повреждение прибора.

Во избежание этого в большинстве известных устройств последовательно с измерительным прибором включено сопротивление 20—30 кОм. Однако это приводит к существенному снижению точности измерений и тем большему, чем выше проводимость шин.

Кроме того, источником погрешности в этом случае является также непостоянство потенциалов проводов контактной сети по отношению к земле.


13


Выполненное с аналогичным узлом защиты устройство контроля токов утечки УКТУ устанавливают в депо на линиях ТО. Наиболее существенным отличием УКТУ от рассмотренных устройств является наличие схемы компенсации колебаний напряжения питающей сети.

В режиме измерения, когда ток утечки не превышает допустимый, за счет высокоомного делителя Р17, Р18 и сопротивления базы R15 выбран режим VТ5 на линейном участке. При этом по схеме УКИ-3П протекает сумма токов утечки троллейбуса через сопротивление изоляции R16 и от источника питания GВ через VТ5. Шунтирующий резистор R11 позволяет при напряжении питающей сети 600 В в наиболее интересующей нас точке измерения (3 мА при R16-200 кОм) обеспечить ток через измерительный прибор РА, соответствующий истинному значению тока утечки 3 мА.

При уменьшении напряжения питающей сети уменьшается ток через сопротивление утечки изоляции R16 и миллиамперметр РА, хотя в действительности сопротивление R16 не увеличилось. Одновременно при этом уменьшается запирающее напряжение на базе VТ5, что приводит к возникновению дополнительного тока, протекающего от положительного полюса источника питания GВ через транзистор VТ5, резистор R14, диод VD2, параллельно включенные измерительный прибор РА и резистор R11, высоковольтный транзистор VТ4 к отрицательному полюсу источника питания. Чем больше напряжение сети отклоняется от максимального значения, тем больший ток протекает через VТ5.


14

^ Разработка технических требований к предлагаемому средству контроля диагностических параметров, расчёт и выбор элементов и узлов средств контроля


На рис. 1, а с некоторыми упрощениями показана эквивалентная схема контроля (измерения) тока утечки Iут в системе электроснабжения с заземленной отрицательной шиной. При работе электрического оборудования троллейбуса можно выделить на участках высоковольтных цепей множество эквипотенциальных точек, имеющих потенциал по отношению к земле φi, а сопротивление изоляции их от кузова Ri.




Рис. 1. Эквивалентная схема контроля тока утечки троллейбуса в системе электроснабжения с заземленной шиной отрицательной полярности:

uп —напряжение на шинах подстанций; R`c, R``c —эквивалентное сопротивление кабельной и контактной сетей соответственно отрицательной и положительной полярности; Rн —сопротивление высоковольтных цепей троллейбусов, находящихся в зоне питающего фидера; Rш, Rк — эквивалентное сопротивление шин и дорожного покрытия в зоне их контакта соответственно; R а сопротивление цепи измерительного прибора.


В условиях симметричной сети, когда имеется практическое равенство


15

, , а . Тогда эквивалентная схема измерения Iут будет иметь вид, представленный на рис. 1, б, где и — потенциалы соответствующих точек схемы по отношению к земле.

Измеренный ток утечки Iут определится с некоторым упрощением из следующего уравнения:


. (1)


Как видим из уравнения (1), измеренное значение будет зависеть не только от сопротивлений и , объективно характеризующих техническое состояние изоляции, но и от параметров , , (, которые являются в общем случае случайными величинами, а также от сопротивления цепи измерительного прибора. Рассмотрим влияние этих величин на раздельно, что является весьма важным при обосновании режимов контроля и требований к контрольным устройствам.

Пусть + , а — режим измерения тока утечки при оторванных от земли шинах прибором с близким к нулю внутренним сопротивлением. Тогда измеренный ток утечки будет равен фактическому и определится с учетом уравнения (1) из соотношения:


. (2)


Анализируя соотношение (2), можно отметить, что характер влияния на неоднозначен: при влияние на ток утечки увеличивается с ростом ; при с ростом значение уменьшается; при

16

не влияет на . Отсюда следует вывод, что при измерении в точке сети, где в момент измерения даже известно значение , нельзя предсказать значение при изменении .

С позиции обеспечения электробезопасности естественным является требование производить измерение при таком сочетании потенциалов на высоковольтном электрооборудовании, которое может реально встретиться в условиях эксплуатации и вызвать наибольший ток утечки . Такое сочетание будет иметь место при всех включенных высоковольтных цепях и нарушении контакта между токоприемником и проводом отрицательной полярности (например, при падении токоприемника отрицательной полярности). В этом случае:


, (3)


где — эквивалентное сопротивление изоляции.


Из выражения (3) следует, что в таком режиме измерения требование к однозначно — должно быть выполнено условие = 0. Учитывая, что избежать контакта шин с землей в момент контроля практически невозможно, рассмотрим влияние , и а на погрешность измерения .

Принимая приведенный выше режим измерения (подключение всех участков высоковольтной цепи к проводу положительной полярности при и ), фактическое значение тока утечки и измеренное определится по формулам:




.

17

При этом относительная погрешность измерения источником которой является шунтирующее влияние шин, находится из соотношения:


. (4)


18

Литература


1. В.Ф.Веклич «Диагностирование технического состояния троллейбусов» издательство «Транспорт», Москва. 1990 г.


2. П.П.Пархоменко «Основы технической диагностики» М. Издательство «Энергия», 1976 г., 456 стр.


3. Технические средства диагностирования: справочник В.В.Клюев, П.П.Пархоменко, В.Е.Абрамчу и др. Под общей редакцией В.В.Клюева — М. «Машиностроение», 1989, 672 с




Скачать файл (186 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации