Устройство для контроля сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1390574 А 1

le 4 С 01 R 27/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C е

CO

Сд 3 йЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДсЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4115616/24-21 (22) 25.06.86 (46) 23.04, 88. Вюл. - 1155 (72) В.С. Осетров и Г.Е. Пикулин (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 840766, кл. С 01 R 27/18, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1176265, кл. С 01 Р, 27/18, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока под напряжением. Изобретение сокра1390574 щает время измерений, что достигается в результате автоматического дифференцирования во времен% измеряемого сопротивления изоляции. Устройство содержит полюса сети 1, ключи 2,3, 10 ° 11 ° 12, 13 и 17 шунтирующий резистор 4, запоминающие элементы 5-8, сумматор 9, переменный резистор 14, нуль-орган 15, усилитель-ограничитель индикатор 18 неисправного полюса сети, блок 19 управления, блок 20 дифИзобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока под напряжением.

Цель изобретения — сокращение времени измерений путем автоматического дифференцирования во времени измеряемого сопротивления изоляции. 10

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема блока управления; на фиг.3 — временная диаграмма работы блока управления. 15

В устройстве полюса сети 1 (фиг. 1) связаны через первый 2 и второй 3 клю. чи с первым выводом шунтирующего резистора 4, второй вывод которого подключен к корпусу, к которому также 20 подключены вторые выводы первого 5, второго 6, третьего 7 и четвертого 8, запоминающих элементов и третий вход сумматора 9, первый вход первого запоминающего элемента 5 подключен к 25 выходу третьего 10 и входу четвертого

11 ключей, первый нход второго запоми нающего элемента 6 соединен с выходом пятого 12 и входом шестого 13 ключей, входы ключей 2 и 10 соединены с поло- 30 жительным полюсом электрической сети

1, и с первым неподвижным выводом переменного резистора 14, а нходы ключей 3 и 12 — с отрицательным полюсом сети 1 и вторым неподвижным выводом переменного резистора 14, выходы клю чей 11 и 13 соединены соответственно ференцирования, шину 21 запуска, блок 22 выборки-хранения, делитель

23 напряжения и компаратор 24 напряжения ° В предложенном устройстве время измерений каждой цепи занисит от длительности ее конкретных переходных процессов, что существенно уменьшает время измерений сопротивления изоляции для сетей с емкостью изоляции меньые максимальной. 1 э ° и. ф-лы, 3 ил. с входами запоминающих элементов 7 и 8 и с первым и вторым входами нульоргана 15, третий и четвертый входы последнего соединены с подвижным контактом резистора 14 и отрицательным полюсом сети соответственно, первый и второй входы сумматора 9 соединены с выходами ключей 11 и 13, выход сумматора 9 соединен с входом усилителяограничителя 16 с кодирующим элементом, выход которого соединен с входом седьмого ключа 17, а выход последнего — с индикатором 18 неиспранного полюса сети, управляющие входы ключей

2,10,13 и 3, 12,11 подключены соотнетстненно к нторому и первому выходам блока 19 управления, выход нуль-органа 15 соединен с входом управления ключа 17, вход блока 20 дифференцирования соединен с входом шунтирующего резистора 4, шина 21 запуска соединена с вторым нходом блока 19 управления, выход блока 20 дифференцирования с входом последовательно соединенных блока 22 выборки-хранения и делителя

23 напряжения, один вывод которого соединен с корпусом, а другой выводс вторым входом компаратора 24 напряжения, первый вход которого соединен с выходом блока 20 дифференцирования, выход компаратора 24 напряжения соединен с вторым входом блока 19 управления, .третий выход которого соединен с управляющим входом блока 22 выборки-хранения, второй вход блока

19 соединен с входом блока 25 формирования импульса.

3 1390574 4

Первый вход блока 19 управления (фиг. 2) подключен к второму входу счетного триггера 26 и к первым входам первого 27 и второго 28 элемен5 тов,И, второй вход блока 19 управления соединен с входом первого формирователя 25 импульсов для переключения счетного триггера 26, выход которого соединен с первым входом счет- 1р ного триггера 26, выходы которого соединены с вторыми входами элементов

И 27 и 28, выход первого элемента И соединен с управляющим входом третьего ключа 10, первый выход второго элемента И вЂ” с управляющим входом второго ключа 3 и входом второго формирователя 29 импульсов, выход которого связан с вторым выходом блока 19 управления и с управляющим вхо- 20 дом блока 22 выборки-хранения.

Устройство работает следующим образом.

До начала измерений на первом, втором и третьем выходах блока 19 уп- 25 равления находятся сигналы с уровнем

"Лог.0 (соответственно временные диаграммы фиг.3 а,б,в). При этом ключи 2, 10, 13,3, 12 и 11 находятся в разомкнутом состоянии. Устройство начи- 3р нает работать при поступлении сигнала с уровнем "Лог.1" с шины 21 запуска на первый вход блока 19 управления (фиг.3а). На втором выходе последнего устанавливается сигнал с уровнем

II 11

Лог.1, по которому замыкаются контакты ключей 2,10 и 13. Шунтирующий резистор 4 оказывается подключенным к положительному полюсу сети, напряжение с которого поступает на вход 40 блока 20 дифференцирования, с выхода последнего напряжение, пропорциональное производной напряжения на шунтирующем резисторе 4, поступает на вход блока 22 выборки-хранения и на 45 первый вход компаратора 24 напряжения через время, равное времени срабатывания ключей 2, 10 и 13, блок 19 управления формирует импульс на третьем выходе. При этом блок 22 выборки-хра- 50 кения э@поминает значение напряжения, поступающего на его вход. С выхода последнего после деления в делителе

23 напряжения, оно поступает на вто" рой вход компаратора 24 напряжения, выход которого, соединенный с вторым входом блока 19 управления, устанавливается в состояние "Лог. 1" (фиг.3г), так как напряжение на первом входе компаратора 24 превышает на11ря:1 ение на его втором входе. Через время, ранравное времени переходных процессов в блоке 22 выборки-хран ния и компараторе 24 напряжения блок 19 управления переходит в режим ожидания сигнала

"Лог.0" с выхода компаратора 24 на— пряжения. При поступлении на второй вход блока 19 управления напряжения с уровнем 1Лог.О «а первом его выходе устанавливается напряжение с уровнем "JIor.0", а на втором — с уровнем Лог.1 . Шунтирующий резистор

4 оказывается подключенным к отрицательному полюсу сети. Затем на третьем выходе блока 19 управления снова формируется импульс, поступающий на вход блока 22 выборки-хранения, и выход компаратора 24 напряжения устанавливается в состояние "Лог.О" (так как напряжение, снимаемое с шунтирующего резистора 4, имеет отрицательную полярность).

Блок 19 управления устанавливается в режим ожидания "Лог.1 по второму входу. После поступления этого сигнала последний установит на своих первом, втором и третьем выходах напряжение "JIor ° 0 1.

По сформированному сигналу с уровнем напряжения "Лог ° 1", поступающему с второго выхода блока 19 управления, последний подключает к положительному полюсу сети 1 периодически с помощью ключа 2 шунтирующий резистор 4 и запоминающий элемент 5, при этом ключи

3, 12 и 11 разомкнуты, а ключи 2, 10 и 13 замкнуты. Напряжение положительного полюса сети 1 относительно корпу са при подключенном резисторе 4 фиксируется на запоминающем элементе 5.

В следующий период измерений блок

19 управления размыкает ключи 2,10 и

13, а ключи 3, 12 и 11 замыкает. Шунтирующий резистор 4 и запоминающий элемент 6 оказываются подключенными к отрицательному полюсу сети 1. Напряжение этого полюса относительно корпуса с подключенным шунтирующим резистором 4 фиксируется на запоминающем элементе 6.

Одновременно напряжение, зафиксированное на запоминающем элементе

5, переписывается в запоминающий элемент 7. В следующий период измерений замыкаются контакты ключей 2,10 и

13 и размыкаются контакты ключей 3, 12 и 11, напряжение с запоминающего

1390574

50 элемента 6 переписывается в заг омннающий элемент 8.

После каждого этапа коммутации на первые два входа нуль-органа 15 пос5 тупает сумма напряжений U u при этом на третий и четвертый его входы с переменного, резистора 14 подается опорное напряжение, соответствующее пороговому значению эквива- 10 лентного сопротивления изоляции. Для контроля эквивалентного сопротивления изоляции достаточно сравнивать сумму напряжений U, +U с опорным напряжением v Ä . 15

Одновременно на входы сумматора 9 подаются напряжения с запоминающих элементов 7 и 8 ° Сумматор 9 производит сложение абсолютных величин этих напряжений, что равносильно вычитанию 20 модулей значений этих напряжений. Результат поступает на усилитель-ограничитель 16 с кодирующим элементом, который производит усиление с ограничением выходного сигнала сумматора 25

9 и преобразует уровни напряжений на- сыщения в напряжения, соответствующие "Лог.1 и О", которые поступают на вход индикатора 18 неисправного полюса сети через ключ 17, и индика- 30 тора 18 неисправного полюса сети че-рез ключ 17, и индикатор 18 неисправного полюса сети указывает, какой из полюсов сети 1 имеет меньшее сопротивление изоляции. 35

В блоке 19 управления в начальный момент времени до начала измерений на его первый вход поступает сигнал с уровнем "Лог.О" и подается на первые входы элементов И 27 и 28 и íà 40 второй вход счетного триггера 26— вход сброса. На выходах элементов

И 27 и 28 формируется сигнал с уровнем "Лог.О", т.е. осуществляется блокировка блока 19 управления. 45

Последняя снимается при подаче на первый вход блока 19 управления сигнала начала измерений с уровнем

"Лог,1", на первом выходе счетного триггера 26 формируется сигнал с уровнем "Лог.1", на втором — сигнал с уровнем "Лог.О", Во время измерений блок 19 управления осуществляет управление счетным триггером 26, при этом на его первом и втором выходах формируются сигналы, тождественные сигналам, поступающим с второго и первого выходов блока 19 управления.

Счетный триггер 26 переходит в другое устойчивое состояние при поступление на его вход переднего фронта импульса, формируемого блоком 25 формирования импульса для переключения счетного триггера. Указанный импульс появляется на выходе последнего для переключения счетного триггера после окончания переходного процесса на шунтирующем резисторе 4 и формируется из выходного сигнала компаратора 24 напряжения, поступающего на второй вход блока 19 управления.

Формирователь 29 импульсов с задержкой осуществляет формирование импульса из сигналов элемента И 27, Подключение шунтирующего резистора к положительному или отрицательному полюсу сети является причиной возникновения переходных процессов в рассматриваемом устройстве. При этом . временная зависимость напряжения на шунтирующем резисторе имеет вид:

U(t) = А+ Ве (1) где А — установившееся значение напряжения на шун1:рующем ре зисторе;

 — параметр переходного процесса, представляющий собой разность напряжений в момент включения шунтирующегб резистора и его установившегося значения

c — постоянная времени электрической сети.

Параметры А,В и переходного процесса (1) зависят от величин емкости и сопротивлений изоляции полюсов сети относительно корпуса и величины шунтирующего резистора. Для контроля сопротивления изоляции необходимо определить только параметр А. Для этого измерение напряжения на шунтирующем резисторе проводят после окончания переходного процесса, т.е. когда члеt ном В можно пренебречь °

Однако так как длительность переходного процесса неизвестна, необходимо в устройстве для контроля сопротивления изоляции электрических сетей ее определить. Для этого с помощью блока дифференцирования находится производная V(t) от переходного процесса V(t):

В

v(t) = - е . (2)

1 !Ч(!57<<

U(c„) = — U(O)

1 (3) Из (3) следует, что при измерениях

1 е а —, Тем самым обеспечивается 2р

К режим измерений, при котором можно пренебречь вторым слагаемым в (1).

Величина К задается до проведения измерений и определяет точность порога 25 при контроле.

В устройстве время измерений каждой цепи зависит от длительности ее конкретных переходных процессов, что позволяет существенно уменьшить время 30 измерений сопротивлений изоляции для сетей с емкостью изоляции, меньшей максимальной.

По величине производной о

В блоке выборки-хранения злпоминлн<т

В 5 значение U(0)=- и сравнивают это значение, поделенное в заданное число раз (К) делителем напряжения, с теку4 щим значением производной U(t).

Измерение установившегося значения напряжения осуществляется в момент времени t„, до совпадения указанных величин, т.е. когда

Формула и з о б р е т е н и я

1, Устройство для контроля сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока, содержащее семь ключей, четыре запоминающих элемента, блок управления, сумматор, усилитель40 ограничитель с кодирующим элементом, нуль-орган, индикатор неисправного полюса сети и шунтирующий резистор, первьп! вывод которого соединен с объ- единенными выходами первого и второго ключей, входы которых подключены к

45 полюсам контролируемой сети, второй вывод шунтирующего резистора соединен с корпусом, с котОрым соединены вторые выводы первого, второго, третьего и четвертого запоминающих элементов и третий вход сумматора, третий вход нуль-органа подключен к подвижному контакту переменного резистора, один неподвижный вывод которого соединен с отрицательным полюсом контро- 55 лируемой сети и с четвертым входом нуль-органа, первый вход которого связан через последовательно соедиlt<. tt г<>м к ttтр<ви!!<уем«й сети и с вторым выв«п< м третье!

tt<влтельн«гоелиненные пятый и шестой ключи — г отрицательным по:<нгом контролируемой гети и с вторьп! в<,<вол< и четвертого запоминающего э I! tt< итл, другой неподвижиьп! вывод переменного резистора соединен с положительн!,!м полюсом сети, вторые выводь! первого и второго запоминающих э tettettrott соединены соответственно с выходами пятого и третьего ключей, уирлвляюцие входы второго, четвертого и пятого ключей соединены между собой, упрлвляю<<п!е входы первого, третьего и шестого ключей соединены между собой, управляющий вход седьмого ключа подключен к выходу нуль-орглна, входы сумматора соединены соот" ветственно с выходами четвертого и шестого ключей, выход сумматора соединен через последовательно соединенные усилитель-ограничитель с кодирующн<м элементом и седьмой ключ — с входом индикатора неисправного полюса сети, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени измерений, в него введены делитель напряжения, комттаратор, блок дифференцировлнп<л и блок выборки-хранения, при этом вход блока дифференцирования соединен с первым выводом шунтирующего резистора, а выход через последовательно соединенные блок выборкихранения, делитель напряжения — с вторим входом компаратора и соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к второму входу блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом блока выборки-хранения.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит первьп! и второй формирователи импульсов, счетный триггер, первьп! и второй элементы И, при этом первый вход блока управления соединен с установочным входом счетного триггера и первыми входами элементов И, второй вход блока управления через первый формирователь импульсов соединен со счетным входом триггера, выходы которого подключены к вторым входам элементов И соответственно, выход второго элемента If соединен с первым выходом блока управления, выход пер1390574

10 вого элемента И вЂ” с вторым выходом блока управления н через второй формирователь импульсов с третьим выходом блока управления.

Фиа 2

Фиг. Я

Составитель Н. Даки .

Техред М.Дидык Корректор Г,Решетннк

Редактор H. Рогулич

Заказ 1763/44

Тирам 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Улгород, ул. Проектная, 4