Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей

 

Изобретение может быть использовано для измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока с повьшзенным уровнем пульсаций и однофазных сетей переменного и переменно-постоянного токов, имеющих эквивалентную схему электрической сети в виде трех параллельно включенных цепей из двух последовательно соединенных резисторов , конденсаторов и источника сигнала постоянного или переменного токов. Общие точки соединения резисторов и конденсаторов должны быть соединены с корпусом (заземлены ) . Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей достигается введением в устройство опорных резисторов 2 и 3, конденсатора 5, сумматора 14, развязывающего блока 13, фильтра-сумматора 15 и блока 16 уравнивания напряжений переменного тока, выполненного на конденсаторах 19 и 20. Кроме того, устройство содержит генератор 1 импульсов , конденсатор 4, ключ 6, индикатор 7, блок 8 определения экстремумов, вычислитель 9, формирователь 10 пауз, элемент 11 задержки , развязьшающий блок 12, клеммы 17 и 18 для подключения сети. 3, 3 . п. ф-лы. 3 ил. (О (Л ts9 Ю 4 -si 4; 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3767487/24-21 (22) 05.07.84 (46) 15.04.86. Бюл. 1! 14 (72) Л.Н.Карпиловский и Е.Я.Байко (53) 621.317.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 664122, кл. G 01 R 27/18, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 1067451, кл. G 01 R 2?/18, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗЛЕКТРИЧЕСКИХ

СЕТЕЙ (57) Изобретение может быть использовано для измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока с повьппенным уровнем пульсаций и однофазных сетей переменного и переменно-постоянного токов, имеющих эквивалентную схему электрической сети в виде трех параллельно включенных цепей из двух последовательно соединенных резис„„SU„„1224743 А (5!) 4 G 01 R 27/18 торов, конденсаторов и источника сигнала постоянного или переменного токов, Общие точки соединения резисторов и конденсаторов должны быть соединены с корпусом (заземлены). Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей достигается введением в устройство опорных резисторов 2 н 3, конденсатора

5, сумматора !4, развязывающего блока 13, фильтра-сумматора 15 и блока !6 уравнивания напряжений переменного тока, выполненного на конденсаторах !9 и 20. Кроме того., устройство содержит генератор импульсов, конденсатор 4, ключ 6, индикатор 7, блок 8 определения экстремумов, вычислитель 9, формирователь 10 пауз, элемент ll задержки, развязывающий блок 12, клеммы

17 и 18 для подключения сети.

3.з ° и, флы ° 3 нл

1 12247

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока с повышенным уровнем пульса5 ций и однофаэных сетей переменного и переменно-постоянного токов, имеющих эквивалентную схему электрической сети в виде трех параллельно включенных цепей из двух последовательно соединенных резисторов, конденсаторов и источника сигнала по. стоянного и/или переменного токов, при этом общие точки соединения резисторов и конденсаторов соединены с корпусом (землей).

Цель изобретения — повышение точности измерений в сетях постоянного тока и расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерений в однофазных сетях переменного и переменно-постоянного токов.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства с блоком уравйивания напряжений переменного тока, выполненного в статическом варианте, на фиг.? — то же, с блоком уравнивания напряжения переменного тока, выполненного в динамическом варианте; на фиг.3— вариант выполнения блока управления устройства по структурной схеме на фиг.2.

Устройство (фиг.l) содержит генератор ) импульсов, опорные резисторы

2 и 3, конденсаторы 4 и 5, ключ 6, индикатор 7, блок 8 определения экстремума, вычислительный блок 9, блок 10 формирования пауз, элемент

11 задержки,,развязывающие блоки

12 и 13, сумматор 14, фильтр-сумматор 15, блок 16 уравнивания напряжений переменного тока, первая 17 и вторая 18 клеммы устройства для подключения контролируемой электрн45 ческой сети. Блок 16 уравнивания напряжений переменного тока выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов 19 и 20. 10

Первый выход генератора 1 импульсов соединен с корпусом устройства, а второй выход генератора 1 импульсов через последовательно соединенные опорный резистор 2 и конденсатор

4 соединен с, входной клеммой 17 и входом развязывающего блока 12, а через последовательно соединенные опорный резистор 3 и конденсатор 5 .

43 3 с клеммой 18 и входом развязывающего блока 13. Выходы развязывающих блоков 12 и 13 соединены соответственно с первым и вторым входами фильтра-сумматора 15 сетевых токов, второй выход которого соединен с корпусом (землей), а первый выход— с вторым входом вычислительного блока 9 непосредственно и через блок 8 определения экстремума — c управляемым входом ключа 6„ входами блока 10 формирования пауз и элемента 11 задержки, выход которого соединен с вторым управляемым входом генератора 1 импульсов, первый управляемый вход которого соединен с выходом блока 10 формирования пауз.

Первые выводы опорных резисторов 2 и 3 соединены с вторым выходом генератора 1 импульсов, а вторые выводы — соответственно с вторым и третьим входом сумматора 14, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 9. Выход вычислительного блока 9 через ключ

6 соединен с индикатором 7.

При выполнении блока 16 уравнивания напряжениИ переменного тока в виде последовательного соединения двух конденсаторов 19 и 20 их общая точка соединена с выходом блока 16 уравнивания напряжений перемейного тока, которая подключена к корпусу (земля) устройства, а входы блока

16 соединены с соответствующими клеммами 17 и 18 устройства.

Устройства (фиг.2) дополнительно содержит элемент И 21 и соединительный проводник 22, а блок 16 уравнивания напряжений переменного тока выполнен в виде конденсатора 23 регулируемой емкости, переключателя

24, измерителей 25 и 26 напряжения, элемента 27 сравнения, блока 28 управления и исполнительного элемента 29. Блок 28 управления (фиг.3) устройства выполнен в виде разнополярных пороговых элементов 30 и 31, усилителя 32 рассогласования и нульоргана 33.

На фиг, l и 2 блок определения экстремума выполнен в виде элемента сравнения, первый вход которого яв" ляется входом блока определения экстремума, а второй вход — соединен с первым входом через линию задержки, выход элемента сравнения соединен с входом порогового элемента, выход которого является выходом блока определения экстремума.

Вычислительный блок 9 представляет собой делительный блок, определяющий сопротивление R изоляции электрической сети в соответствии с математическим выражением

Ua, R =--"- R < ц г °

"г где )1„ — напряжение на импедансе х, изоляции;

U — напряжение на опорном резисторе 2;

R — значение сопротивления

z резистора 2.

Аналогичное математическое выражение используется для определения сопротивления изоляции по цепи рези- стора 3.

Блок 10 формирования пауз выполнен в виде одновибратора (ищущий мультивибратор) .

Развязывающие блоки 12 и 13 могут быть выполнены в виде конденсаторов.

Фильтр-сумматор 15 выполнен в ви1 де сумматора токов, на операционном усилителе.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

При запуске генератора 1 импульсов на его выходе появляется единичный скачок измерительнэго напряжения, образующий передний фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал через опорные резисторы 2 и 3 .с одинаковыми сопротивлениями и равные по емкости конденсаторы 4 и 5 поступает в исследуемую сеть. Так как входное сопротивление сумматора 14 (при выполнении развязывающих блоков

12 и 13 в виде конденсаторов) или входное сопротивление развязывающих блоков 12 и 13 обеспечивается большим, то величина напряжения измерительного сигнала на клеммах 17 и 18 устройства определяется, главным образом, параллельным соединением сопротивлений изоляции и емкостей полюсов (фаз) сети и выходных емкостей конденсаторов 19 и 20 устройства. Это напряжение через раэвяэывающие блоки 12 и 13 непрерывно поступает на входы фильтра-сумматора )5 сетевых токов. Одновременно на входы фильтра-сумматора 15 сетевых токов в противофазе поступают равные (или примерно равные) напряжения, )224743

50 тока, так как в этом последнем случае между входами фильтра-сумматора

15 включен источник этих сигналов).

5

45 вызываемые присутствующими в контролируемой сети пульсациями, гармониками и другими составляющими напряжения переменного тока, из которого создается напряжение контролируемой сети постоянного тока, а для случая контроля состояния изоляции однофазной сети переменного тока — напряжения, определяемые рабочим напряжением контролируемой сети. Равенство указанных напряжений переменного тока, поступающих одновременно с падениями напряжения от измерительного сигнала на фильтр-сумматор 15 сетевых токов, обеспечивается с помощью блока 16 уравнивания напряжений переменного тока. Это достигается тем, что емкости конденсаторов 19 и 20 выбираются равными между собой и примерно на порядок больше емкости каждого из полюсов (фаз) контролируемой сети относительно корпуса (земли), что практически обеспечивает равенство потенциалов (напряжений) переменного . тока на полюсах (фазах) сети относительно корпуса (земли). Так .как измерительный сигнал поступает на фильтр-сумматор . 15 сетевых токов в фазе (т.е. с одним знаком), а сигналы переменного тока из сети в противофазе, то фактически фильтр-сумматор 15 сетевых токов подавляет помеху переменного тока и выделяет только полезный, измерительный сигнал. При этом величина падения напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции при прохождении через фильтр-сумматор )5 сетевых токов не изменяется, так как оба входа фильтра-сумматора 15 для измерительного сигнала (из-за пренебрежимо малого внутреннего сопротивления )1 источника энергии сети) фактически представляют одну электрическую точку (в отличие от случаев суммирования) токов сети, определяемых пульсациями, гармониками и другими составляющими переменного

Роль сумматора 14, когда на его входы поступают с выходов опорных резисторов 2 и 3 (датчиков тока) в фазе падения напряжения на этих резисторах от измерительного сигнала и в про" тивофазе падения напряжения на опорных

1224743 резисторах 2 и 3 от переменных токов в контролируемой сети, заключается в том, что в сумматоре 14 помеха подавляется, а падения напряжения 5 от измерительного сигнала суммируются, характеризуя величину полного тока измерительного сигнала в цепи измерительного сигнала.

Таким образом, благодаря введению в устройство блока 16 уравнивания напряжений переменного тока, сумматора 14, фильтра-сумматора 15 сетевых токов, второго опорного резистора 3 и второго развязывающего 15 блока 13 на вычислительный блок 9 и блок 8 определения экстремума потупают сигналы, у которых отношение сигнал/помеха значительно выше, что повышает точность измерения и расширяет область применения устройства

В момент достижения напряжением измерительного сигнала на клеммах

l7 и 18 экстремума, что определяется. с помощью блока 8 определения экст- 25 ремума, емкостная составляющая тока измерительного сигнала обращается в нуль и величина полного тока измерительного сигнала определяется исключительно его активной состав- 30 ляющей, Сигнал об этом с выхода блока 8 определения экстремума поступает одновременно на управляемый вход ключа 6 и на вход блока 10 формирования пауз, а через элемент

11 задержки — на второй управляемый вход генератора 1 импульсов. Поступление указанного сигнала на управля-емый вход ключа 6 ведет к его замыканию и поступлению на вход индикатор;Л

7 с выхода вычислительного блока 9 информации о величине сопротивления изоляции контролируемой сети (которая может непрерывно вырабатываться в вычислительном блоке 9 и до наступления экстремума в виде частного отделения величины напряжения измерительного сигнала на клеммах 17 и 18 на величину суммы падений напряжения измерительного сигнала на опорных резисторах 2 и 3, но которая соответствует истине только в момент наступления экстремума).

Поступление сигнала о достижении экстремума через элемент 11 задержки на второй управляемый вход генератора l импульсов вызывает форми1рование заднего фронта измерительного импульса. Элемент ll задержки вводится для того, чтобы обеспечить присутствие на некоторое время падений напряжений измерительного сигнала на импедансе изоляции сети и опорных резисторах уж после достижения эестремума. Это время должно лишь немного превышать время срабатывания кпюча 6.

Поступление сигнала о достижении экстремума на вход блока 10 формиро-. вания пауз приводит к формированию времени паузы между измерительными сигналами (что необходимо для приведения устройства и его блоков в исходное состояние), после чего с выхода блока 10 формирования пауз на первый управляемый вход генератора импульсов поступает сигнал, по которому на втором выходе генератора 1 импульсов формируется очередной единичный скачок измерительного напряжения (передний фронт и вершина импульса и начинается новый цикл измерений °

Устройство (фиг.2)работает следующим образом.

На первом этапе происходит уравнивание величин емкостей полюсов (фаз) контролируемой сети с помощью конденсатора 23 регулируемой емкости, а затем (после завершения уравнивания) начинается вышеописанный процесс измерения сопротивления изоляции путем подачи в контролируемую сеть измерительного сигнала. В этом случае нача. ло второго этапа, т.е, подача в контролируемую сеть единичного скачка напряжения, осуществляется подачей на первый управляемый вход генератора 1 импульсов сигнала не непосредственно с выхода блока 10 формирования пауз, а с выхода логического элемента И 21, первый вход которого соединен с выходом блока 10 формирования пауз, а второй вход через проводник 22 - с выходом блока 16 уравнивания напряжений, который является четвертым выходом блока 28 управления, Сигнал на выходе последнего появляется лишь при достижении равенства напряжений переменного тока на полюсах (фазах) сети по отношению к корпусу (земле). Именно одновременное наличие указанного сигнала на втором входе элемента И 21 и потен циального сигнала на выходе блока

10 формирования пауз (исчезающего

40

7 12247 с выхода блока 10 в период формирования паузы и появляющегося на нем после завершения ее формирования,т, е. по истечении заданного времени после появления сигнала о достижении экстре- 5 мума) дает возможность осуществлять подачу в контролируемую сеть единично го скачка измерительного напряжения.

Устройство на первом этапе работает следующим образом. 10

Сигналы с выходов измерителей 25 и 26 напряжения переменного тока сравниваются на элементе 27 сравнения и в зависимости от соотношения между ними в блоке 28 управления

15 (фиг.3) срабатывает пороговый элемент 30 положительной полярности или пороговый элемент 31 отрицательной полярности, что ведет к подключению выхода переключателя 24 к первому

20 или второму его входу. Затем сигнал рассогласования с выхода элемента 27 сравнения, пройдя через усилитель 32 рассогласования блока 28 управления, через первый его выход поступает на 25 вход исполнительного элемента 29, который начинает изменять величину емкости конденсатора 23 таким образом, чтобы уменьшить сигнал рассогласования. При снижении сигнала рассогласования ниже наперед заданного уровня работа исполнительного элемента 29 по изменению емкости конденсатора 23 регулируемой емкости прекращается, а на выходе нуль-органа 33 появляется сигнал, который несет информацию о завершении процесса уравнивания емкостей и напряжений переменного тока. Этот сигнал поступает на четвертый выход блока 28 управления и, следовательно, на выход блока 16 уравнивания напряжений, что обеспечивает подачу единичного скачка измерительного напряжения в контролируемую сеть. Это происходит потому, что на первом входе

45 логического элемента И 21 уже присутствует потенциальный уровень, который исчезает только в момент формирования паузы.

Выполнение блока 16 уравнивания напряжений с применением конденсатора 23 регулируемой емкости, конечно, . более сложно в структурной реализации и удлиняет процесс измерения, однако имеет и преимущество, заключающееся в том, что позволяет -не увеличивать значительно дополнительную емкость в устройстве и дает возмож.

43 8 ность более легкой (с точки зрения тех" нологической реализации) дополнитель" ной емкости, уменьшения габаритов и емкостных токов измерительного сигна ла и контролируемой сети. Погршность измерений устройства в сетях постоянного тока имеет величину 0,47, а в сетях переменного и переменнопостоянного токов — 0,7Х.

Формула изобретения

Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с корпусом, первый управляющий вход подключен к выходу блока формирования пауз, а второй управляющий вход подключен к выходу элемента задержки, вход которого соединен с входом блока формирования пауз, последовательно соединенные вычислительный блок, ключ и индикатор, первый конденсатор, первый вывод которого соединен с входом первого развяэывающего блока и с первой клеммой устройства для подключения контролируе" мой электрической сети, и блок определения экстремума, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений в сетях постоянного тока и расширения функциональных воэможностей за счет обеспечения измерений в однофазных сетях переменного и переменнопостоянного токов, в него введены два опорных резистора; второй конденсатор, сумматор, второй развязывающий блок, фильтр-сумматор и блок уравнивания напряжений переменного тока, при этом второй выход генератора импульсов соединен с первым входом сумматора непосредственно и через первый опорный резистор — с вторым выводом первого конденсатора и с вторым входом сумматора, а через второй опорный резистор — с первым выводом второго конденсатора и с третьим входом сумматора, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с входом блока определения экстремума и с выходом фильтра-сумматора, первый вход последнего соединен с выходом первого развязывающего блока, а второй вход через второй развяэывающий блок

)2247

40 соединен с вторым выводом второго конденсатора, с второй клеммой устройства для подключения контролируемой электрическдй сети, и с первым входом блока уравнивания напряжений переменного тока, второй вход которого соединен с входом первого развяэывающего блока, выход блока уравнивания напряжений пере, менного тока подключен к корпусу устройства и,к второму выходу фильтра-сумматора, первый выход блока определения экстремума соединен с управляющим входом ключа, а второй выход соединен с входом элемента задержки.

2. Устройство по п.I о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок уравнения напряжений выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, общая точка соединения которых является выходом блока уравнивания напряжений переменного тока.

3. Устройство по пп..1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что между первым управляющим входом генератора импульсов и выходом блока формирования пауз введен элемент И, второй вход которого соединен с дополнительным выходом блока уравнивания напряжений переменного тока, выполненного в виде переключателя, двух измерителей напряжения, элемента сравнения, блока управления исполнительного элемента и конденсатора регулируемой емкости, при этом первый вход переключателя, являющийся первым входом блока уравнивания напряжений переменного тока, соединен с первым входом первого измерите.

43 10 ля напряжения, второй вход переключателя, являющийся вторым входом блока уравнивания напряжений переменного тока, соединен с первым входом второго измерителя напряжения, второй: вход которого является первым выходом блока уравнивания напряжений переменного тока и соединен с вторым входом первого измерителя напряжения и первым выводом конденсатора регулируемой емкости, второй вывод которого подключен к выходу переключателя, управляющий вход конденсатора регулируемой емкости через исполнительный элемент подключен к первому выходу блока управления, второй и третий выходы последнего соединены с соответствующими управляющими входами переключателя, вход блока управления соединен с выходом элемента сравнения, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами измерителей напряжения, четвертый выход блока управления является дополнительным выходом блока уравнивания напряжений переменного тока.

4. Устройство по п.З, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде двух раэнополярных пороговых элементов, нуль-органа и усилителя рассогласоBGHHH HPB ATOM HX O RBJIHIOTC5i входом блока управления, а выходы двух раэнополярных пороговых элементов являются соответствующими первым и вторым выходами блока управления, выходы усилителя рассогласования и нуль-органа являются. соответственно третьим и четвертым выходами блока управления.

1224743 (Ри 2

4 перУону упр гнону Яи7у Ch

КЫорочу напр чачу Ыду дю

Кокоду олою

Кдополжгп7ы быкоду олова

Составитель Л.Муранов

Редактор А Ревин Техред Н.Бонкало Корректор М. Максимишинец

Тирах 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 1947/45

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4