Защита, контроль сопротивления изоляции и обслуживание цепей в условиях судна

В судовых электрических установках по разным причинам могут возникать перегрузки, короткие замыкания, снижение уровня изоляции или замыкания на корпус, которые могут привести к значительным повреждениям как самих установок, так и питающих их цепей. 

Для исключения или уменьшения последствий, к которым приводят подобные нарушения, устанавливают различные виды защиты и устройства измерения и контроля изоляции.

Защита электрических цепей должна обладать высокой надежностью, достаточной чувствительностью, быстродействием и селективностью.

Термопреобразователи сопротивления

Термопреобразователь сопротивления состоит из чувствительного элемента, который под воздействием температуры изменяет активное сопротивление электрическому току, и наружной арматуры (защитная труба, штуцер для крепления термометра и головка для подсоединения проводов).

Чувствительный элемент изготовляется обычно из меди и платины. Для определения показателя температуры используется измеряющий активное сопротивление, но градуированный в единицах температуры вторичный прибор (например, логометр).

Устройства для расширения пределов измерений приборов

В практике электрических измерений встречается необходимость измерить токи, напряжения и другие величины в очень широком диапазоне их значений. Обмотки приборов магнитоэлектрической и динамической систем допускают ток до 30 мА, электромагнитной — до 10 А.

Для расширения пределов измерений приборов применяют различные устройства: в цепях постоянного тока - шунты и добавочные резисторы, в цепях переменного тока — измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Шунт (рис. 1,а) представляет собой резистор, включаемый в цепь измеряемого тока.
Параллельно резистору присоединяется амперметр. Шунт имеет очень небольшое сопротивление, и по нему проходит почти весь ток, тогда как к амперметру подводится лишь падение напряжения на зажимах шунта и, следовательно, через прибор протекает небольшая часть измеряемого тока.

Схемы и методы контроля сопротивления изоляции судовых сетей. Что такое электроосмос?

Надежность, безопасность, экономичность электрических сетей зависят от исправности их токопроводящих жил и состояния электроизоляции.

Анализ отказов элементов судовых сетей показал, что значительная часть неисправностей обусловлена понижением электрического сопротивления изоляции. Отказы за счет обрыва токопроводящих жил проводов на водоизмещающих судах составляют 8—10 %.

Большинство отказов в работе электрооборудования возникает вследствие снижения электрического сопротивления изоляции. Основные причины — тепловое старение, повышенная влажность и механические повреждения изоляционного слоя. Электрическое сопротивление является главной оценкой качественного состояния изоляции проводов при их эксплуатации. Самым распространенным прибором для измерения сопротивления изоляции проводов в обесточенном состоянии является мегаомметр.

Сопротивление и пуско-регулировочные реостаты

Значительную роль в управлении электродвигателями имеют, различного рода сопротивления. По назначению их можно разделить на сопротивления, включаемые в цепи главного тока электродвигателя (пусковые, пуско-регулировочные, тормозные добавочные) в цепи возбуждения (регулировочные и разрядные) и в цепи управления (добавочные и экономические).

Сопротивления изготовляют из проводниковых материалов (проволоки или ленты), обладающих большим удельным сопротивлением. К таким материалам относятся фехраль, нихром, константан и другие подобные им сплавы. Все эти сплавы допускают работу при высоких температурах без вредных последствий.

Раньше сопротивления делали из чугуна, теперь чугунные сопротивления не применяются вследствие их большой хрупкости, из-за которой они часто давали трещины при тряске и вибрации, неизбежные на судне.

Сопротивления обычно выполняют в виде отдельных элементов, соединяемых последовательно, параллельно или смешанно. Комплект таких элементов укреплен на металлической конструкции и сверху защищен кожухом. Для лучшего охлаждения кожух делается не сплошным, а из металлической сетки или перфорированного железа с отверстиями для вентиляции. Такие комплекты называют ящиками сопротивлений. Ящики сопротивлений в водозащищенном исполнении применяют для установки на открытых палубах.

Измерители сопротивления. Измерители сопротивления изоляции электрических устройств

При эксплуатации судового электрооборудования возникает необходимость измерения сопротивлений в самом широком диапазоне: от сотых долей до нескольких десятков и даже сотен миллионов омов сопротивления изоляции обмоток электрических машин. В практике измерения сопротивления обмоток машин пользуются приборами типов Р380, Р382 (для измерения сопротивления в пределах 0,01 Ом — 10 МОм) и Р383 (для измерения сопротивления постоянному току в пределах 0,01—10¹⁰ Ом).

Диапазон измерения сопротивлений приборов Р380 и Р382 состоит из шести поддиапазонов, а приборов Р383 — из восьми. Переключение поддиапазонов прибора Р380 — ручное, Р382 — автоматическое, Р383 — ручное и автоматическое. Питание приборов осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Значительно чаще сопротивление постоянному току измеряют переносными омметрами магнитоэлектрической системы М371 (с диапазоном измерений 100 Ом—10 МОм), М218М (0,1 Ом—10 МОм), ампервольтметрами типа М4351 (200 Ом — 200 МОм), приборами АВО-5М1, Ц20, комбинированными приборами Ц4312, Ц4313, Ц434, Ц4314, Ц4315, Ц4324, Ц4341, предназначенными для измерения тока, напряжения и сопротивления постоянному току.

Из более современных приборов можно отметить устройство СА-7100, которое позволяет измерять напряжение и частоту переменного тока, электрическую емкость, сопротивление постоянному току, тангенс угла диэлектрических потерь. Диапазоны измерений сопротивления для СА7100-3 при испытательном напряжении от 500 В до 2500 В - 1х1012 Ом.

Неразветвленная цепь переменного тока

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1.

Пусть к источнику постоянной э. д. с. присоединена катушка индуктивности L (ее электрическое сопротивление мы относим к общему сопротивлению r цепи). В первые моменты времени после включения ток в катушке почти равен нулю, но скорость его изменения велика, поэтому велика э. д. с. самоиндукции

равная по величине напряжению на зажимах катушки и направленная навстречу ему. По мере нарастания тока скорость изменения тока уменьшается, падает и э. д. с. самоиндукции и, наконец, становится равной нулю. Соответственно этому по мере падения э. д. с. самоиндукции, направленной навстречу э. д. с. источника тока, ток в цепи растет и становится равным E/r.

Графики напряжения на катушке индуктивности и тока, протекающего в рассматриваемой цепи, представлены на рис. 2.

Из графиков следует, что при наличии в цепи индуктивности нарастание тока происходит не мгновенно, а постепенно. Процесс нарастания тока до величины I = E/r носит название неустановившегося процесса.

Нормы сопротивления изоляции

Нормы сопротивления изоляции

Последовательное, параллельное и смешанное соединения электрических сопротивлений и источников э. д. с.

Различают последовательное, параллельное и смешанное соединения электрических сопротивлений и других потребителей электрической энергии.

На рис. 1 показано последовательное соединение генератора Г и трех электрических сопротивлений (r1, r2, r3).

При последовательном соединении электрических сопротивлений во всех сопротивлениях проходит один и тот же ток, так как сопротивления включаются одно за другим.

Рис.1. Последовательное соединение генератора Г и трех электрических сопротивлений

На рис. 2 изображено параллельное соединение трех электрических ламп с сопротивлениями r1, r2, r3 и одного реостата, сопротивление которого r4; соединение изображено упрощенной (слева) и развернутой (справа) схемами.

Контроль изоляции судовых электрических сетей

При исправном состоянии изоляции электрических сетей обеспечиваются безаварийная и надежная работа электрооборудования, безопасность обслуживания, а также пожарная безопасность.

Надежность судовых сетей зависит от состояния изоляции кабелей, распределительных устройств и аппаратуры между токоведущими частями и между последними и корпусом судна.

Состояние изоляции судовой сети в основном характеризуется электрическим сопротивлением токам утечки в сети через изоляцию. В судовых условиях состояние изоляции проверяется измерением ее сопротивления относительно корпуса и между электрическими цепями.

Величина сопротивления изоляции зависит от температуры нагрева кабеля и элементов электрооборудования, температуры и влажности окружающей среды. При увеличении температуры и влажности сопротивление изоляции значительно уменьшается. Общее сопротивление изоляции между токоведущими частями и корпусом элементов электрооборудования судовой сети измеряется при включенных потребителях и источниках под напряжением. Сопротивление кабельной сети и отдельных участков может измеряться при отключенных потребителях и источниках тока.

При определении сопротивления изоляции между отдельными жилами одного и того же кабеля необходимо отключить потребители, так как при подключенных потребителях измеряется также сопротивление изоляции приемников, которое значительно меньше нормального сопротивления изоляции жил кабелей.

Закон Ома. Электрическое сопротивление. Электрическая проводимость

Рассмотрим участок В — Г замкнутой электрической цепи, содержащей источник э. д. с. (см. рис. 1).

Рис. 1

Пусть потенциал в точке В равен φ_В, а в точке Г — φ_Г. Разность потенциалов между этими точками φ_В — φ_Г равна U_ВГ — напряжению между ними, а расстояние между точками В и Г равно l. Поле внутри проводника однородное. Напряженность поля внутри проводника:

Чем больше напряженность поля внутри проводника, тем больший ток возникает в проводнике. Естественно, что величина тока I в проводнике пропорциональна напряженности поля и площади поперечного сечения s. Величина тока I может быть подсчитана по формуле:

в которой γ (гамма) — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала проводника.