Способ измерения сопротивления изоляции и защиты от замыканий на корпус силовых цепей тепловозов
Владельцы патента RU 2415445:
Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой. Изменяют конфигурацию измеряемой цепи путем шунтирования и производят ряд замеров измеряемой цепи, при котором в начале измерения производят замеры потенциалов разных участков цепей по отношению к корпусу, потом шунтируют участок цепи резистором известного номинала, и измеряют значения потенциалов тех же участков цепей в установившемся режиме, а по этим параметрам рассчитывают сопротивления изоляции отдельно положительной и отрицательной цепей, одновременно постоянно контролируют распределение напряжений между полюсами цепи и корпусом, и при снижении одного из этих напряжений до значения, близкого к нулю, при условии, что другое напряжение находится в диапазоне выше ранее выбранного порога, считают что произошел пробой изоляции соответствующей цепи и принимают решение об осуществлении защиты путем снятия возбуждения с генератора, питающего силовую цепь. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 1 ил.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой, а именно к микропроцессорным системам управления и диагностики тепловозов.
Известен способ измерения сопротивления изоляции силовой сети электроустановок транспорта под рабочим напряжением и устройство для его реализации, при котором накладывают на силовую сеть измерительное напряжение постоянного тока, останавливают переходный процесс перезаряда емкостей в контролируемой сети, не дожидаясь его окончания, измеряют напряжение на сопротивлении изоляции и ток измерительного источника напряжения, при измерении сопротивления изоляции любого из полюсов силовой сети относительно земли (корпуса) накладываемое на силовую сеть измерительное напряжение подключают через дополнительное сопротивление между землей и неконтролируемым полюсом силовой сети, к которому при этом подключают потенциал измерительного напряжения, совпадающий по знаку со знаком рабочего напряжения на контролируемом полюсе, останавливают переходный процесс при напряжении, равным нулю, на сопротивлении изоляции неконтролируемого полюса путем регулирования напряжения между неконтролируемом полюсом и землей, измеряют ток измерительного источника и напряжение на контролируемом полюсе и вычисляют сопротивление изоляции контролируемого полюса силовой сети относительно земли путем деления измеренного напряжения на измеренный ток; устройство измерения сопротивления изоляции силовой сети электроустановок транспорта под рабочим напряжением содержит источник измерительного напряжения, ограничительный резистор и индикатор, в котором введены формирователь измерительных схем, микропроцессорный блок, два датчика напряжения, два датчика тока (патент RU №2175138, кл. G01R 27/18, B60L 3/00, 2001 г.).
Недостатками известного способа являются сложность его реализации и отсутствие возможности параллельного осуществления защиты от замыканий полюсов силовой сети на корпус.
Известен способ определения сопротивления изоляции электрических сетей, основанный на поочередном шунтировании резисторов полюсов сети, последовательном измерении на нем мгновенных значений напряжения в момент шунтирования и затем через равные интервалы времени, определении эквивалентного сопротивления изоляции, как произведения величины шунтирующего резистора на отношение напряжения контролируемой сети к сумме установившихся значений напряжения на шунтирующем резисторе, уменьшенное на единицу, при измерении мгновенных значений напряжений на шунтирующем резисторе фиксируют момент окончания измерения, для чего по первым трем измерениям мгновенных значений напряжений определяют разности их смежных значений, находят разность полученных результатов ΔU1j и сравнивают ее по модулю с заданным первым порогом ΔUn при, превышении которого процесс измерения заканчивают, а при значении ниже заданного порога ΔUn сравнивают по модулю разность последних измеренных значений мгновенного напряжения и напряжения в момент шунтирования с вторым заданным порогом ΔUn, умноженным на количество интервалов, при значении ниже второго порога ΔUn процесс измерения заканчивается и принимают значение последнего измерения мгновенного значения напряжения за установившееся напряжение в противном случае измерения напряжения на шунтирующем резисторе продолжают, но уже сравнивают между собой результаты измерений, взятые через двойной, тройной и т.п. интервалы времени, до выполнения одного из указанных условий (патент RU №2044324, кл. G01R 27/18, 1995 г.).
Недостатками известного способа являются сложность его реализации, а также невозможность одновременного осуществления измерений сопротивления изоляции и защиты цепей от пробоя изоляции на корпус.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ измерения электрического сопротивления изоляции электрических цепей, находящихся под напряжением постоянного тока, принятый за прототип и заключающийся в том, что изменяется конфигурация измеряемой цепи путем шунтирования и производится ряд замеров измеряемой цепи, вначале измерения производятся замеры потенциалов разных участков цепей по отношению к корпусу, потом шунтируют участок цепи, имеющий более высокий потенциал, конденсатором известной емкости, и измеряют параметры переходного процесса в точках шунтирования, а по этим параметрам вычисляют значения паразитных емкостей и сопротивлений изоляции цепей по отношению к корпусу (патент RU №2200329, кл. G01R 27/16, G01R 27/18, 2003 г.).
Недостатками известного способа являются невозможность его применения в системах с быстро изменяющимся напряжением в сети, например силовой цепи тепловозов, а также невозможность одновременного осуществления измерений сопротивления изоляции и защиты цепей от пробоя изоляции на корпус.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и устойчивости работы за счет измерения сопротивления изоляции силовых цепей тепловозов, находящихся под непрерывно изменяющимся напряжением с одновременным постоянным осуществлением защиты от пробоя изоляции на корпус.
Указанный технический результат достигается тем, что способ измерения сопротивления изоляции силовых цепей, находящихся под рабочим напряжением постоянного тока, заключающийся в том, что изменяют конфигурацию измеряемой цепи путем шунтирования и производят ряд замеров измеряемой цепи, при котором в начале измерения производят замеры потенциалов разных участков цепей по отношению к корпусу, потом шунтируют участок цепи; участок цепи шунтируют резистором известного номинала, и измеряют значения потенциалов тех же участков цепей в установившемся режиме, а по этим параметрам рассчитывают сопротивления изоляции отдельно положительной и отрицательной цепей, одновременно постоянно контролируют распределение напряжений между полюсами цепи и корпусом, и при снижении одного из этих напряжений до значения, близкого к нулю, при условии, что другое напряжение находится в диапазоне выше ранее выбранного порога, считают что произошел пробой изоляции соответствующей цепи и принимают решение об осуществлении защиты путем снятия возбуждения с генератора, питающего силовую цепь.
На чертеже представлена принципиальная схема способа измерения сопротивления изоляции силовых цепей тепловозов.
В способе измерения сопротивления изоляции силовых цепей тепловозов используют напряжение, имеющееся в момент измерения в силовой цепи Uсц, которое контролируют датчиками напряжения ДН1 и ДН2 и равно их сумме. Датчики подключают между положительным и отрицательным полюсами цепи и корпусом и своими внутренними сопротивлениями одинакового известного номинала Rп образуют делитель. Напряжение на этом делителе, в отсутствии пробоя изоляции одной из цепей на корпус, распределяется пропорционально сопротивлениям изоляции цепей. В случае же пробоя, напряжение на соответствующем датчике (ДН1 или ДН2) становится близким к нулю, что при условии превышения напряжением Uсц заданного порога, является признаком для включения защитной функции. Защитная функция осуществляется путем снятия возбуждения с тягового генератора, питающего силовую цепь. Для расчета сопротивления изоляции значения напряжений между положительным полюсом и корпусом и между отрицательным полюсом и корпусом 
запоминаются, после чего шунтируют участок цепи при помощи электромагнитного реле P, подключающего дополнительный резистор известного номинала Rдоб параллельно датчику ДН2, выдерживает интервал времени, необходимый окончания переходного процесса в цепи и вновь запоминают новые значения напряжений. Сохраненные значения напряжений до включения реле и после включения используются для расчета сопротивлений изоляции положительной и отрицательной силовой цепи относительно корпуса, после чего процесс повторяется.
Вычисление значений сопротивлений изоляции плюсовой и минусовой цепей производится по формулам:
где R⊕ - сопротивление изоляции плюсовой цепи относительно корпуса;
RΘ - сопротивление изоляции минусовой цепи относительно корпуса;
- напряжение между плюсом цепи и корпусом до шунтирования;
- напряжение между минусом цепи и корпусом до шунтирования;
- напряжение между плюсом цепи и корпусом после шунтирования;
- напряжение между минусом цепи и корпусом после шунтирования;
RП - внутреннее сопротивление датчиков напряжения (ДН1, ДН2);
Rдоб - добавочное сопротивление известного номинала.
Введение постоянного измерения сопротивления изоляции силовых цепей тепловозов, находящихся под непрерывно изменяющимся напряжением с одновременным постоянным осуществлением защиты от пробоя изоляции на корпус позволяет повысить надежность и устойчивость работы силового оборудования тепловозов с электрической тягой.
Способ измерения сопротивления изоляции силовых цепей, находящихся под рабочим напряжением постоянного тока, заключающийся в том, что изменяют конфигурацию измеряемой цепи путем шунтирования и производят ряд замеров измеряемой цепи, при котором в начале измерения производят замеры потенциалов разных участков цепей по отношению к корпусу, потом шунтируют участок цепи, отличающийся тем, что участок цепи шунтируют резистором известного номинала и измеряют значения потенциалов тех же участков цепей в установившемся режиме, а по этим параметрам рассчитывают сопротивления изоляции отдельно положительной и отрицательной цепей, одновременно постоянно контролируют распределение напряжений между полюсами цепи и корпусом, и при снижении одного из этих напряжений до значения, близкого к нулю, при условии, что другое напряжение находится в диапазоне выше ранее выбранного порога, считают что произошел пробой изоляции соответствующей цепи и принимают решение об осуществлении защиты путем снятия возбуждения с генератора, питающего силовую цепь.
