Устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей

 

СО03 СС63ЕТЛ .ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РКО ЕЬЛИК 1А 1707з76 (51)5 О 01 В 31/02

СПАСАНИЕ ИЗСБРЕТЕНЙЯ

Н ASTGPCROMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ t ÎMÈÒET

ПО ИЗОБРЕТЕКИЯЧ И ОТКРЫТИЯМ

APH ГНКТ СССР

1 (21) 4710729/21 (22) 27.06.89 (46) 23.01.92. Бюл. " 3 (71) Центральный жаучно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии (72) Л,Н.Карпиловский и 3.С.Лерман (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свилетельство СССР

1" 1007049, кл, Г, 01 Г. 31/02, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ПЛЯ КОНТРОЛЯ И ИЗИЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ И 1ОЛЯЦИИ ЗЛEVTРИЧ EC КИ Х С ЕТ Е л (57) Изобретение относится к электроизмерительной 1ехнике, в частности к вопросам контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей. Цель изобретения - повышение надежности контроля величины сопротивления изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о нарушении пожаробсзопасности путем различения локального и распрсделенного снижения сопротивления изоляции сети. Уст1

2 ройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей содержит источник 1 оперативного напряжения, датчик 2 тока, фильтр 3, развявывающий элемент 4, элемент 5 сравнения, блок 7 уставки и пороговый элемент 9, В него qoполнительно введены второй элемент

6 сравнения, второй блок 8 уставки, второй пороговый элемент 10, два вычислителя 11 и 12, блок 13 дифференцироааю я, триггер 14 Шмитта, пер е ключ;. т ел ь 15, зада1 чи к 16 вр еменных интервалов, два аналоговых запоминаюших элемента 17 и 18, ло ический элемент И 19, два аналогoBllx ключа 21 и 22, логический элемент

ЦЛИ 20, статический триггер 24, дна конденсатора 25 и 26, выключатель

3 и установлены соотвстствуоцие связи. При возникновении пробоя изоляции за короткий отрезок времени происходит его фиксация за счет превышения уставки по уровню. 1 ил.

1707576

Изобретение относится к электроизмерительной теУнике, в частности к вопросам KQHTpollR и измерения сопротивления изоляции электрических

5 сетей.

Известно устройство контроля сопротивления изоляции электрических сетей РКИ, содержащее источник оперативного сигнала, датчик тока, блок уставок и индикатор. Нецостатком этого устройства является отсутствие

1 возможности оценки характера процесса снижения сопротивления изоляции в контролируемой электрической сети во времени, т.е. определения происходит ли постепенное (монотонное, медленное) снижение сопротивления изоляции цо зацанного значения, равного значению, определяемому уставкой, 20 или за короткий (практически мгновенный) отрезок времени происходит

I резкое снижение величины сопротивле" ния изоляции, при котором она падает ниже допустимого ypoBHR поэтому отсутствует возможность определения имеет ли место распрсделснное по длине сети (линии) снижение сопротивления изоляции, зависящее от коммутаций в сети, влияния вл«жности, окружающей темпера ры. старения, или

30 оно носит местный, локальный характер. От этого зависит носит ли указанное снижение величины сопротиеления изоляции пожароопасный характер (в случае локального снижения) 35 или оно критично только с точки зрения электробезопасности (распределенного снижения по длине сети). Информация об этом позволяет исключить ложные (с точки зрения пожароопас- 40 ности) отключения ссти, не нарушая в необходимые моменты электропигания агрегатов. Вопросы, связанные с электробезопасностью, решаются с помощью

45 других иер.

Известно также устройство для контроля сопротивления изоляции, содержащее источник оперативного напряжения, датчик тока, развязывающий элемент, элемент сравнения, блок ус- 50 тавки, пороговый элемент и индикатор. Недостатки этого устройства аналогичны недостаткам предыдущего известного устройства.

Целью изобретения является повышение нацежности контроля величины сопротивления изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о наруш"нии пожаробезопасности путем различения локального и распрецеленного снижения сопротивления изоляции сети. устройство для контроля и изме рения сопротивления изоляции электрических сетей содержит источник оперативного напряжения, датчик тока, рвэвязывающий элемент, фильтр, weмент сравнения, блок уставки, пороговый элемент и индикатор. При этом первый вывод источника оперативного напряжения через последовательно соециненные фильтр и развязывающий элемент соединен с клеммами для присоецинення к контролируемой сети, второй вывод через датчик тока соединен с зеиляной шиной и непосредственно с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока уставки, а выход соединен с входом порогового элемента . г ополнительно введены второй элемент сравнения, второй блок уставки, второй пороговый элемент, два вычислителя, блок цифференцирования, триггер Шмитта, переключатель, задатчик временных интервалов, два аналоговых зап минаощих элемента, логический элеиснт И, два аналоговь,х ключа, статический триггер, два инцикатора, цва конденсатора, логический элемент ИЛИ и выключатель. При этом первый вывод источника оперативного напряжения соединен с входом .1лока дифференцирования и первым входом первого вычислителя, второй выход которого соединен с вторым выводом источника оперативного напрядения, третий вход вычислителя соединен с земляной шиной, а выход через первый «н«логовый ключ соединен с входои первого индикатора и первым вхоцом переключателя, второй (управляемый) вход которого соединен, с первым выходом задатчика временных интервалов и вторыи (управляемым) вхоцом третьего аналогового ключа, а первый и второй выходы переключателя - с первыми входаии первого и второго аналоговых запоминающих элементов, вторые входы которых через логический элемент

ИПИ соепч -.. ы с вторым выходом .-агатчик:.,-"иенных ин1ереалов, выходы первого и второго аналоговых запоминающих элементов соединены с первым. и вторыи входами второго

1707576

1О !

30

45

r> вычислителя соответственно, вь)ход которого через третий аналоговый ключ соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока уставки, а выход второго элемента сравнения через второй по, роговый элемент соединен с вторым ,входом логического элемента У1, вы ход которого соединен с вторым входом статического триггера, выход которого соединен с входом третьего индикатора, а первый вхоц логичес.кого элемента И соединен с входом индикатора и выходом второго анаI логового ключа, первый вход которого соецинен с выходом первого порогового элемента, второй (управляемый) вход второго аналогового ключа соединен с выходом триггера

Шмитта и вторым (упра вляемым) Вх0цом первого аналогового ключа непосредственно и через первый конденсатор с вторым входом логического элемента ИЛИ, exoq триггера

Шмитта соединен с выходом блока дифференцирова ния, пер вый вход которого соецинен с первым выводом источника операт и вного напряжения, а второй вход - с земляной шиной, второй вход статического триггера через последовательно соединенные второй конденсатор и выключатель соединен с клеммой пи)ания.

Задатчик временных интервалов может быть выполнен из последовательно соединенных генератора тактовыx импульсов, элеме )та задержки и одновибратора, выход которого является пергым выхзцом всего задатчика временных интервалов, а второй выход которого соединен с выхоцом генератора тактовых и 1пульсов.

Благодаря указанному вы))олнению устройства для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей обеспечивается возможностьь различения резких (локальных) и медленных, постепенных снижений сопротивления изоляции сети, Последние, как пра вило, обусловлены распределенным снижением величины сопротивления изоляции по длине сети, что не понижает пожаробезопасНОСт Ь. Рсапнэа l, ;,Ë уе рг)йСТ яа П ЗВОЛИТ ДССТИ НУТ Ь f)OUI . ГН1; 1) На.г) ГжГIO Т И контроля изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о нарушении пожаробезопасности.

Нв черте)) е изображена Функциональная схема предлагаемого устройства, Устройство содержит источник 1 оперативного напряжения, датчик 2 тока, например калиброванный резистор, фильтр 3 (фильтр-пробка для рабочей частоты сети), р звязывающий элемент 4, элементы 5 и 6 сравнения, блоки 7 и 8 уставки (7 уставки уровня, 8 - устаьки кратности), пороговые элементы 9 L1

10, вычислители 11 и 12, блок 13 дифференцирования, триггер 14 Шл)1)тта, переключатель 15, задат гик 16 временных интервалов, а))ал1оговые запоминающие элементы 17 и 18, логические элементы И 19 и ИЛИ 20, аналоговые ключи 21 — 23, статический триггер 24, конде))саторы 25 vi

26, индикаторы 27 - 29, выключатель (кнопка сброса оператором) 30 и клс ь; мы 31 - 35.

Зацатчик 16 времен))ых интерзалоВ Содер) 11Т генератор 36 тактовых . импульсов, элемент 3/ задержки и од- новибратор 38, I

На чертеже изображен также учзсок тре.<фазной сети 39 переменного тока. сопротивления изоляции Rт г, 1 XB и Rха H eMKocTH CXA C)iB 11 Гу фаз (А, В, С) сети относи1ельно земли, Первый вывод ис1очника 1 оперативного напряжения через последовательно соединенные ф11г,bTp 3 ) раз" . вязывающий элемент 4 соединен с выходными клеммами 31 - 33 и непосредственно с входом блока 13 дифференцирования и первым входом вь ч1)слнтеля 11. Второй вывод источника . 1 оперативного напряжения соегинсн непосрецс венно с первым входом эле" мента 5 сравнения и вторым входом вычислителя 11, выход которого через второй нормально разомкнутый ана! логовый ключ 22 соелинеH с входом индикатора 28 и первым входом переключателя 15, второй (управляемый) вход которого соецинен с вторым (уп- равляемым) входом аналогового ключа

23 и первым выходом зацатчика 16 временных интервалов, а первый и второй выходы переключат ел 1 g 4 ср ез сна

ЛОГОГ)ЫЕ;Зг)1)ОЛ111жа Г, .Гщнi:..Зi,ЕГ Г11 b 1 g Vi

18 соответственно соединены с первым и вторым вхоцами вычислителя 12. Выход последнего через нормально ра1707576 в

45 зомкнутый аналоговый ключ 23 соеди" нен с первым вхоцом элемента 6 сравнения, второй вхоц которого соединен с выхоцом блока 8 уставки, а выход через пороговый элемент !0 соединен с вторым входом элемента И 19, первый вход которого соединен с выходом первого нормально разомкнутого аналогового ключа 21 и входом индикатоl0 ра 27. Первый вхоц ключа 21 соецинен с выхоцом порогового элемента 9, вход которого соединен с выхоцом элемента 5 сравнения, второй вход которого соединен с выхоцом блока 7 !

5 уставки. Выход блока l3 дифференцирования через триггер 14 Шмитта соединен с втооыми (управля мыми) входами аналоговых ключей 22 и 21 непосредственно и через конденсатор 25 с вторым входом элемента ИЛИ 20, пер20 вый вход которого соединен с вторым выходом задатчика 16 временных интервалов.

Выход элемента ИЛИ 20 соецинен с вторыми входами (входами стирания) аналоговых запоминающих элементов 17 и 10. Выход эг емента И 19 соединен с первым входом статического триггера 24, второй вход которого через последовательно соедиHpHHüp кгтнценсатор 26 I; =ыключатель (кнопку) 30 соединен с клеммой 35, к которой поцведено напряжение питания постоянного тока. Выход статического триггера 24 соединен с вхоцом индикатора 29, Раздатчик )6 временных интервалов содержит последо ательно соединенные генератор 36 тактовых импульсов, элемент 37 задержки и oq40 новибратор 38, выход которого является первым выходом задатчика 16 временных интервалов, второй выход которого соецинен c BblxopoM генератора 36 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом.

После поцключения устройства через клеммы 31 - 33 к контролируемой сети, клемму 34 к земле и подаче напряжения питания на устройство (подвод напряжения питания не показан) начинается заряд емкостей схА, гкви Схс сети 39 °

В связи с тем, что извиню".ееся в переходном процессе папение напряжения от оперативного сигнала на импецансе изоляции сети 39 поступает на вход блока 13 дифференцирования, то на выходе его присутствует сигнал, который, воздействуя на триггер 14 Имитта, обеспечивает на его выходе сигнал "низкого" уровня.

Это приводит к тому, что нормально разомкнутые аналоговые ключи 21 и

22 нахоцятся в исходном состоянии, предотвращая поступление информацибнных сигналов на входы индикаторов 27 и 28 до тех пор, пока в цепи оперативного сигнала продолжается переходный процесс заряда емкостей сети 39, После завершения указанного переходного процесса сигнал на выходе блока 13 дифференцирования становится равным нулю (или падает ниже априорно заданного уровня), На выходе триггера 14 ймитта появляется сигнал "высокого" уровня, что вызывает замыкание аналоговых ключей

21 и 22. В результате замыкания аналогового ключа 22 информация о величине c:oïðoòèâëåíèÿ изоляции се ти 39, получаемая в результат е опе1 ,раций в вычисгителе 11, поступает на вхоц индикатора 28 и нэ первый вхол переключателя 15. При этом надо учиты зать; что падения напряженип оперативного сигнала, поступающие на первый и второй входы вычислитеflR 11, измеряются (фиксируются) по отношению к земле.

На первый вхоп вычислителя 11 поступает падение напряжения сперативного с и гнал". на последовател ьном соединении сопрогивления Rp развязывающего элемента 4 и сопротивления изоляции Рх сети 39. На второй вход вычислителя 1! поступает падение напряжения оперативного сигнала с калиброванного сопротивления.

В вычислителе 11 решается выражениеlj l

"Х 0а g где U - падение напряжения оперативного сигнала нз последовательном соединении сопротивления изоляции и сопротивления р330RзываlclIIpl о элеиен а 4;

0 - падение напряжения оперативного сигнала на сопротивлении датчика 2 тока;

1707576

R - величина калиброванного сопротивления латчикэ 2 тока;

Р.p - сопротивление развязывэющего элемента 4.

В результате замыкания аналогового ключе 21 информация о соотношении (" больше" - "меньше") величины сопротивления изоляции сети в данныи момент времени и допустимого уровня величины сопротивления изоляции (величины уставки) поступает на вхоч индикатора 27, При появлении после завершсния переходного процесса в цепи оперативного сигнала на выходе триг гера 1 ,4

Шмитта сигнала "высокого" уровня он (сигнал) в вице перепада напряжения (передний фронт с«гнала) через конденсатор 25 и второй вход логического элемента ИЛИ 20 поступает на вторые входы (входы стирания) аналоговых запоминающих элементов 17 и 18 перевоця их в исходное состояt ние. Поэтому, когда после замыкания аналогового ключа 22 на первый вход переключателя 15 поступает информация о велиоина соп ютивления изоляции сети 39, то в зависимости от того, в каком состоянии находится оцновибратор 38, она (информэция) записывается на аналоговый запоминающий элемент 17 или 18, При. перехоце оцновибраторэ в противоположное состояние информация с входа переключателя 15 поступает на другой аналоговый запоминающий элемент (18 или 17). Так, например, если в первый момент времени после завершения переходного процесса в сети 39 одновибратор 38 находится в устойчивом состоянии, то информация записывается на аналоговый запоминающий элемент 17, а при перехоле его в неус1ойчивое состояние - на аналоговый запоминающии элемент 18.

Если одновибратор 38 в первый момент после завершения переходного процесса находится в неустоичивом состоянии, то эта первоначальная информэц.ля сразу зэп«сывается на анэлогоны л залом«н« щ«« элемент 18, а при возвращении через некоторое время опновибратора

38 в устойчивое состояние — на аналоговый запоминающий элемент 17.

Наиболее оптимален случай, ког"да время пребывания одновибрэторэ

38 в неустойчивом состоянии равно примерно половине паузы между тактовыми импульсами генератора 36 и занимает в этих паузах вторую и третью четверти.

Таким образом, с выходов аналоговых запоминающих элементов 17

1О и 18 на соответствующие ьходы вычислителя 12 поступаег постоянно обновляемая на каждом тàKTе ге— нерэтора 36 информация о величине сопротивления изоляц«и с<.ти нэ .каж15

flblx двух соседних вре iGHHhlx отрезках.

В вычислителе 12 опрецеляется отношение абсолютной величины разности двух напряжений, пропорциональных

20 величине сопротивлении изоляции с .— > ти 39, соответствующих двум соседним временным отрезкам, к величине одной из них, например прадшест вующей. Эта операция oil«c ыва ется выражением

3 Рхо — R X n+i

Ф

"xn (2) Ha r:ряжение, пропорциональное у:<а30 занному соотношению, с выхоца ны числителя 12 через аналоговый ключ . 23, замыкаемый в моменты нахожцени» одновибратора 38 в неустойч«вом состоянии, поступает на парный вход элемента 6 сравнения, где сравнивается с напряжен«ем, поступающим на второй вход элемента 6 сраsHcH«n с выхода блока 8 уста вки. При превышении напряжением с выхода ньчислителя 12 напряжения устанки кратности на выходе элемента 6 сравнения появляется сигнал, который обеспечивает появление на выхода порого11 11 .ного элемента 10 сигнала высокого

45 уровня, пост упа ющег о На второ л вход элемента И 19, на парный вхоц которого поступает сигнэл, несущий инII формацию о соотношении ("больше "меньше") величины сопротивления изоляции сети 39 в данны ° момент времени и допустимого уровня, опрелеляемого блоком 7 устэнки (уровн ), Если уровень, определяемый блоко 7 устав,:«, превышен., то На г ыхоце эламанта 5 сран ен и появляется сигнал, обеспечинающи появление нэ выходе порогового элсманта 9 сигнала "высокого" уровня, который И 1707576 12 при замыкании аналогового ключа 21 .пост упа ет на пер вый вход элемент а

И 19 °

Если превышены уровни, задаваемые блоком 7 уставки уровня и блоком 8 уставки кратности, то íà первом и втором входах элемента И 19 присутствуют сигналы "высокого", уровня, обеспечивающие получение

; сигнала на выходе элемента. И 19. Этот сигнал переводит статический тригI гер 24 в положение "2", при котором на входе индикатора 29 аварийности появляется сигнал. Этот сигнал моI жет быть снят только оператором при замыкании им выключателя 30, в результате чего передний фронт скачка постоянного напряжения, которое noq" ведено к клемме 35, поступает через конденсатор 26 на второй вход статического триггера 24, переводя его в.исходное состояние "1", при кото" ром сигнал на входе индикатора 29 аварийности отсутствует. 25

Только при одновременном наличии двух факторов: превышении уста вки уровня и превышении уставки кратности появляется информация об аварийном, с точки зрения пс"слроогасности, режиме, т.е. в том случае,, когда превышение уставки уровня ,является следствием резкого изме1 нения величины сопротивления изоляции сети за короткий отрезок времени, например пробоя или перекрьгтия изоляции

Формула и зобрет ения

Устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее источник оперативного напряжения, датчик тока, развязывающий элемент, фильтр, 1

45 элемент сравнения, блок уставки, по" роговый элемент, вычислитель, блок дифференцирования, триггер Шмитта, два аналоговых ключа, статический триггер, выключатель, дь конденсатора, причем первый вывод источника оперативного напряжения через последовательно соединенные фильтр и развязывающий элемент соединен с клеммами для присое и нив к конт55

pc.".;.ðóзн".1 с-.ти, атоРои его ть вод чсрез датчик тока соединен с земляной шиной и непосредственно с первым цходом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом

v блока уставки, а выход через последовательно соединенные пороговый элемент и первый аналоговый ключ соединен с входом первого индикатора, первый вход вычислителя соединен .с первым выводом источника оперативного напряжения, второй вход вычислителя соединен с вторым выводом указанного источника, третий вход вычислителя соединен с земляной шиной, выход вычислителя через второй аналоговый ключ соединен с вторым индикатором, первый вход блока дифференцирования соединен с

npnRblM выводом источника оперативного напряжения, второй вход блока дифференцирования соединен с земляной шиной, выход блока дифференцирования через триггер Шмитта соединен с вторыми входами первого и второго аналоговых ключей и первым выводом первого конденсатора, вход выключателя соединен с клеммой питания постоянного тока, выход выключателя соединен с первым выводом второго конденсатора, о т л и ч а

Io щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности контроля величины сопротивления изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о нарушении пожаробезопасности путем различения локального и распределенного снижения сопротивления изоляции сети, в него дополнительно введены

I второй элемент сравнения, второй блок уставки, второй пороговый элемент, второй вычислитель, переключ втел ь, д ва а налоговых за поми на ющих элемента, залвтчик временных интервалов, третий аналоговый ключ, логический эл еме чт И 1И, лог ич ес ки и эл емент. И, статический триггер и третий индикатор, причем первый вход переключателя соединен с выходом второго аналоге вого ключа, в1орой вход переключателя соединен с выходом задатчика временных интервалов и

Вторым входом третьего анм1огового ключа, первый оыход переключателя через аналоговый запоминаащ.1й элемент соединен с первым входом второго вычислителя, второй выход переклсчатетlR через второй аналогоьый заломился зции элемс l:r сосдинс л с вторым входом второго вычисли1еля, выход которого соединен с первым входом третьего аналогового ключа, 13

1707576

Составитель E.ÊÓ4 редактор И. Горная Техред Л.Олийнык Корректор A,Îáðó÷àð

Заказ ?66 Тираж Подписное

НИ,И Гос„ да„- -,в=- ы о комитета по изобретенилм и открытиям при ГКНТ СССР

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

В ЮЮ««»«

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101

/ выход которого соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока уставки, выход второго элемента сравнения через второй пороговый элемент соединен с вторым входом логического элемента

И, первый вход которого соединен с выходом первого аналогового ключа", 10 выход логического элемента И соединен с первым входом статического триггера, выход которого соединен с вхоцом третьего индикатора, второй вход статического триггера соединен с вторым выводом второго конленсатора, выход логического элемента ИЛИ соединен с вторыми входами аналоговых запоминающих элементов, первый вход логического элемента

ИЛИ соединен с вторым выходом эадатцика временных интервалов, а второй вход логического элемента ИЛИ соединен с вторым выводом первого кс>нденсатора.