中礦傳動技術(shù)交流

技術(shù)應(yīng)用

2022年01月10日發(fā)布

        I T 接地系統(tǒng)——在供電電源端和負(fù)載端均對地隔離或者通過相當(dāng)?shù)淖杩菇拥?，即所謂“不接地系統(tǒng)”。通常應(yīng)用在工藝要求不可中斷供電的行業(yè)和任何過電流的火花可能造成災(zāi)難的場所，如礦山井下、金屬冶煉、化工生產(chǎn)、醫(yī)療手術(shù)等。

        由于IT系統(tǒng)電源端帶電導(dǎo)體不接地，即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障也只能通過系統(tǒng)對地電容構(gòu)成回路，由于故障回路阻抗很大，故障電流很小，對電網(wǎng)的正常運(yùn)行不構(gòu)成危險，所以不必即時切斷電源來防止其破壞性后果，從而維持不間斷的供電。（只有在發(fā)生第二次接地故障時才要求立即切斷電源）。同樣，由于IT電網(wǎng)對地的浮置性，無論‘直接接觸’還是‘間接接觸’的人身電擊危險都降到最低。

        但是，IT系統(tǒng)的安全性與其對地的絕緣電阻值的大小有直接的關(guān)系。而這一絕緣電阻值是由整個系統(tǒng)的絕緣介質(zhì)的狀態(tài)來決定的。為此，不間斷地監(jiān)測IT系統(tǒng)的對地絕緣電阻值并加以控制（及時發(fā)現(xiàn)和維修絕緣故障）就成為IT電網(wǎng)安全運(yùn)行的首要條件。

1、絕緣電阻故障的發(fā)生

       絕緣電阻故障的主要原因可有：

1） 意外突發(fā)的接地事故（載電導(dǎo)體的意外損傷導(dǎo)致的接地事故）；

2） 系統(tǒng)絕緣材料老化而引起的對地絕緣電阻的下降。

        意外突發(fā)的接地事故發(fā)生的機(jī)率一般是很低的，由于其隨機(jī)性，主要還是通過加強(qiáng)管理來防止事故的發(fā)生。對地絕緣電阻的下降而引起的接地故障是IT系統(tǒng)接地故障的主要成因，系統(tǒng)內(nèi)的各種設(shè)備、連接的電纜等的對地電阻因絕緣材料的老化、環(huán)境溫度、濕度以及設(shè)備負(fù)荷的變化都會引起系統(tǒng)對地絕緣電阻的下降，過程可能是漫長緩慢的，又不易被人直觀發(fā)現(xiàn)。因此，為了保證供電的不會中斷，監(jiān)視系統(tǒng)對地絕緣電阻值的變動就成為預(yù)防IT電網(wǎng)接地故障的重要手段。從下圖可見，連續(xù)監(jiān)測供電系統(tǒng)的絕緣電阻并在其達(dá)到危險值之前采取措施，以防止事故的發(fā)生。這就使得操作者贏得了保證安全運(yùn)行的時間。

圖1  絕緣電阻響應(yīng)模型圖

2、IT系統(tǒng)中的絕緣電阻

       IT系統(tǒng)的電源端不接地或經(jīng)高阻抗接地，其電氣裝置的外露導(dǎo)體部分，被單獨(dú)地或集中地通過保護(hù)線（PE）接至接地極。在實(shí)際應(yīng)用中，IT系統(tǒng)一般與已經(jīng)接地的供電系統(tǒng)通過隔離變壓器隔離，或用獨(dú)立的供電裝置。在正常情況下，系統(tǒng)中僅存在線路對地電容的微小泄漏電流。

圖2  IT系統(tǒng)電路圖

       由于系統(tǒng)電源端帶電導(dǎo)體不接地，即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障也只能通過系統(tǒng)對地電容構(gòu)成回路，故障后果的危險很小，不必斷電維修，從而維持供電的不間斷，只有在發(fā)生第二次接地故障時才要求切斷電源。同時，安裝在系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測器能及時地檢測并給出系統(tǒng)絕緣故障報警信號，提醒工作人員及時排除故障。因此IT系統(tǒng)是一個連續(xù)、可靠的供電系統(tǒng)。

        在IT系統(tǒng)中，提高回路的絕緣阻抗、降低回路對地電容量，是提高系統(tǒng)安全性與可靠性的關(guān)鍵。因此在IT系統(tǒng)設(shè)計時要盡量縮短系統(tǒng)配電線路的長度，減小系統(tǒng)電容量，減少系統(tǒng)分支回路數(shù)。以提高系統(tǒng)的安全性能，防止接地故障的發(fā)生。

       對于不接地（IT）電網(wǎng)的對地絕緣電阻，必須進(jìn)行絕緣電阻的監(jiān)控以保證電網(wǎng)安全運(yùn)行（國際標(biāo)準(zhǔn):IEC 60364-4-41及 IEC60364-7-710 有所規(guī)定）。

       絕緣電阻的監(jiān)視。為了防止系統(tǒng)對地絕緣電阻的下降而發(fā)生接地故障，IT系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置絕緣監(jiān)視儀。絕緣監(jiān)視儀安裝在IT系統(tǒng)和大地之間，它不間斷地向電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)出特定的測試信號，由于絕緣監(jiān)視儀對電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)視是連續(xù)不斷的，也不受系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的影響，從而保證系統(tǒng)對地絕緣電阻監(jiān)測的連續(xù)性。

3、絕緣電阻的監(jiān)測方法

        現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，使供電系統(tǒng)大大地復(fù)雜化了。這表現(xiàn)在電網(wǎng)的負(fù)荷的性質(zhì)的變化。對地浮置的供電形式不僅包括交流工頻電網(wǎng)、直流供電系統(tǒng)、交直流混合供電系統(tǒng)。還包括了變頻供電系統(tǒng)、逆變供電系統(tǒng)以及它們的多種組合。由于整流（交直流變換）部件的應(yīng)用廣泛，電網(wǎng)中的接地電容量大大增加。絕緣監(jiān)控系統(tǒng)對絕緣電阻值的連續(xù)檢測受到的電磁干擾、電壓頻率和幅度的不斷變化、系統(tǒng)電容的影響均成為檢測技術(shù)的難題，影響著檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

       近來，隨著嵌入式智能檢測技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)極大地完善了對地絕緣電阻的監(jiān)測技術(shù)，將多種檢測方法綜合于一體，并依據(jù)被檢電網(wǎng)的實(shí)際情況自動設(shè)置和調(diào)整檢測參數(shù)，從而保證了檢測的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。這也就使得絕緣監(jiān)控儀器的應(yīng)用迅速得到發(fā)展。

        絕緣監(jiān)控系統(tǒng)對絕緣電阻的一般測量方法因使用的場合不同其檢測的原理也不一樣。主要有如下三種：

1) 疊加直流測量電壓法：對交流電網(wǎng)施加一個直流測量電壓。其正極經(jīng)高耦合電阻與電網(wǎng)相連。負(fù)極經(jīng)電子電路與大地相連。一旦電網(wǎng)出現(xiàn)絕緣故障，測量電路經(jīng)故障而閉合。這時，產(chǎn)生的直流測量電流會流經(jīng)絕緣故障。這一電流會被測量電路檢測到。測量電流的大小就反映了絕緣故障電阻的數(shù)值。這一方法只適用于交流電網(wǎng)的監(jiān)控，當(dāng)電網(wǎng)中存在直流元件、大電容、電壓和頻率變化，特別是網(wǎng)絡(luò)泄漏電容都會影響檢測的正確性。

   　　　圖3  　疊加直流測量電壓示意圖　　

2) 不對稱電壓測量法：這種測量方法不在電網(wǎng)上疊加任何電壓，而是使用電網(wǎng)電壓作為驅(qū)動電壓。采用一橋路電路與被監(jiān)視的電網(wǎng)的兩極相聯(lián)接。橋路的一側(cè)二臂為固定電阻。另一側(cè)二臂為電網(wǎng)的二極對地絕緣電阻。對角線上聯(lián)接測量電阻。其一端接大地。電網(wǎng)的二極對地絕緣電阻發(fā)生了不對稱的變化就會使測量電阻中流過故障電流從而電子電路檢測出相應(yīng)的絕緣故障。但這種方法僅適用于直流電網(wǎng)而且對于對稱平衡的絕緣變化是測不出的，而且只能在電網(wǎng)運(yùn)行時使用。

圖4  不對稱電壓測量示意圖

3) 等幅對稱方波（DFB）測量法：即對被監(jiān)控的電網(wǎng)施加一穩(wěn)定的定幅值的對稱方波。方波電壓對被監(jiān)控的絕緣電阻和電網(wǎng)對地的分布電容（泄漏電容）的并聯(lián)電路充電。充電所達(dá)到的幅度則取決于絕緣電阻的大小。采用電子調(diào)節(jié)電路控制方波的頻率（對稱方波的寬度）與電網(wǎng)的分布電容（泄漏電容）相匹配，就可以使漏電電容和其它干擾對檢測不發(fā)生影響。由于等幅對稱方波測量法的先進(jìn)性，可以不間斷地應(yīng)用于交流、直流電網(wǎng)或交直流復(fù)合電網(wǎng)中。

圖5  等幅對稱方波測量示意圖

       等幅對稱方波測量法（DFB）是對被監(jiān)控的電網(wǎng)施加一穩(wěn)定的定幅值的對稱方波信號。方波電壓對被監(jiān)控的絕緣電阻和電網(wǎng)對地的分布電容（泄漏電容）的并聯(lián)電路充電。充電的幅度值則取決于絕緣電阻的阻值大小，儀器能根據(jù)電網(wǎng)分布電容的變化，自動調(diào)節(jié)方波信號的頻率（方波寬度）與電網(wǎng)的分布電容相匹配，即保證方波對被檢測的電網(wǎng)的充電時間可以使電網(wǎng)的電容充電達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這樣流過電網(wǎng)的檢測電流就僅與絕緣電阻值有關(guān)。使檢測結(jié)果不受分布電容（泄漏電容）和其它的干擾的影響。同時，由于采用了正負(fù)極性的對稱方波，交替進(jìn)行充電檢測，就可在一個檢測周期內(nèi)將可能出現(xiàn)的單極性的干擾信號通過平均運(yùn)算消除掉。這對復(fù)雜電網(wǎng)是必須的。方波的寬度的控制則由運(yùn)算電路檢測充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)值來完成。這樣就既消除電網(wǎng)的電容影響又保證了對不同的電網(wǎng)有最快的檢測速度。檢測方波是低頻率的信號，在檢測回路中的高性能濾波器電路足可將可能出現(xiàn)的高頻干擾有效地濾除掉，從而保證檢測結(jié)果的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。這些特點(diǎn)也保證了絕緣監(jiān)控儀的技術(shù)特性能有效地滿足現(xiàn)場檢測的要求。

  （本稿件由中礦傳動市場部整理編輯，經(jīng)中礦傳動技術(shù)支持團(tuán)隊審核授權(quán)發(fā)布?。?/span>

如有問題，歡迎技術(shù)咨詢！

中礦傳動竭誠為您服務(wù)！

垂詢電話：0516-80139798

網(wǎng)址：www.nicealice.cn

郵箱：sell@zkcd.com.cn