Устройство для контроля качества электрической изоляции

Авторы патента:

G01R27/02 - для измерения активного, реактивного и полного сопротивления или других производных от них характеристик, двухполюсника, например постоянной времени (для измерения только фазового угла G01R 25/00)

Владельцы патента RU 2483312:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) (RU)

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции электрических машин и аппаратов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства и повышение эксплуатационной надежности высоковольтного испытуемого электрооборудования за счет более объективной оценки состояния электрической изоляции путем измерения отношения емкости изоляции ΔC, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости С_Г испытуемой изоляции. Технический результат достигается благодаря тому, что заявленное устройство позволяет осуществить следующее: зарядить объект испытания сначала до напряжения U₀, которое запоминается. Далее выводы объекта испытания замыкаются накоротко в течение непродолжительного времени Δt. За это время геометрическая емкость С_Г полностью разряжается до нуля, а напряжение на конденсаторе ΔС, обусловленное внутренним поглощенным зарядом, остается практически неизменным. Спустя время Δt выводы объекта испытания размыкаются и конденсатор ΔС разряжается, заряжая разряженный конденсатор С_Г геометрической емкости до тех пор, пока их напряжения не станут равными U_Г. Далее находят отношение ΔC/C_Г=U_Г/(U₀-U_Г). 2 ил.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции электрических машин и аппаратов.

Оценить качество электрической изоляции можно по нескольким параметрам: сопротивлению изоляции, напряжению саморазряда, отношению С₂/С₅₀ и другим величинам [1]. Наиболее объективно оценить качество изоляции можно путем измерения отношения емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции [1, рис.6.1].

Известно устройство для контроля качества электрической изоляции [1, рис.9.8]. Недостатком этого устройства является то, что испытуемый объект приходится заряжать дважды.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для контроля качества электрической изоляции [2], содержащее источник испытательного напряжения, зарядный ключ, испытуемый объект, разрядный ключ, разрядный резистор, выходные выводы, к которым подключают испытуемый объект, масштабный преобразователь напряжения, источник питания цепей управления и измерительный индикатор, в котором выход источника испытательного напряжения через зарядный ключ присоединен к выходным выводам, к которым, кроме того, параллельно подключены масштабный преобразователь и соединенные последовательно разрядный ключ и разрядный резистор. Недостаток его заключается в том, что оно не позволяет непосредственно измерить отношение емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повышение эксплуатационной надежности высоковольтного испытуемого электрооборудования за счет более объективной оценки состояния электрической изоляции путем измерения отношения емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля качества электрической изоляции, содержащее источник испытательного напряжения, зарядный ключ, испытуемый объект, разрядный ключ, разрядный резистор, выходные выводы, к которым подключают испытуемый объект, масштабный преобразователь напряжения, источник питания цепей управления и измерительный индикатор, в котором выход источника испытательного напряжения через зарядный ключ присоединен к выходным выводам, к которым, кроме того, параллельно подключены масштабный преобразователь напряжения и соединенные последовательно разрядный ключ и разрядный резистор, введены замыкающий и размыкающий блок-контакты зарядного ключа, замыкающий блок-контакт разрядного ключа, реле времени, устройство слежения-хранения, сумматор, блок деления напряжений, управляемый ключ, пиковый детектор, дифференцирующий элемент, нуль-компаратор, световой индикатор, причем вход устройства слежения-хранения через замыкающий блок-контакт зарядного ключа подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения, а выход устройства слежения-хранения подключен к неинвертирующему входу сумматора, к инвертирующему входу которого подключен выход пик-детектора, вход которого через управляемый ключ подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения, вход управляемого ключа подключен к выходу реле времени, вход которого через последовательно соединенные замыкающий блок-контакт разрядного ключа и размыкающий блок-контакт зарядного ключа подключен к выводу источника питания цепей управления, выходы сумматора и пик-детектора соединены с входами блокам деления напряжений, выход которого соединен с входом измерительного индикатора, вход дифференцирующего элемента соединен с входом пик-детектора, а выход дифференцирующего элемента соединен с входом нуль-компаратора, выход которого соединен с входом светового индикатора.

Суть изобретения (рисунок 1) заключается в том, что объект испытания ОИ заряжают в течение определенного времени от источника испытательного напряжения ИИН через зарядный ключ Q1. При этом конденсаторы С_Г и ΔС заряжаются до напряжения U₀, которое запоминается. Далее ключ Q1 размыкают и выводы объекта испытания замыкают разрядным ключом Q2 накоротко в течение непродолжительного времени Δt. За это время геометрическая емкость С_Г полностью разряжается до нуля, а напряжение на конденсаторе ΔС, обусловленное внутренним поглощенным зарядом, остается практически неизменным, так как заряд внутреннего поглощения не может изменяться «мгновенно». Спустя время Δt выводы объекта испытания размыкаются. Заряженный до напряжения U₀ конденсатор ΔС и разряженный до нуля конденсатор С_Г оказываются включены параллельно по отношению к выходным выводам. Если пренебречь сопротивлением утечки изоляции, которое представлено в схеме замещения резистором R_y, то можно утверждать, что конденсатор ΔС будет разряжаться через резистор r, заряжая разряженный конденсатор С_Г геометрической емкости до тех пор, пока их напряжения не станут равными:

Из формулы (1) следует, что

или

Как показали исследования, влияние сопротивления R_У не вносит существенной погрешности в напряжение, определяемое по формуле (1). Следовательно, для того, чтобы оценить отношение емкости ΔС изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости С_Г испытуемой изоляции, необходимо измерить напряжение U₀ на заряженном объекте испытания и восстановленное напряжение U_Г на объекте после его кратковременного разряда. Далее необходимо найти искомое отношение по формуле (3).

После того, как напряжения на конденсаторах сравняются, оба конденсатора С_Г и ΔС начнут постепенно разряжаться на резистор R_У. Чтобы уменьшить погрешность в измерении U_Г, следует брать его максимальное значение, исключив тем самым погрешность от разряда на резистор R_У.

Структурная схема устройства для контроля качества электрической изоляции представлена на рисунке 2. Устройство содержит источник испытательного напряжения 1, зарядный ключ 2, испытуемый объект 3, разрядный ключ 4, разрядный резистор 5, масштабный преобразователь напряжения 6, замыкающий блок-контакт 7 зарядного ключа, размыкающий блок-контакт 8 зарядного ключа, замыкающий блок-контакт 9 разрядного ключа, реле времени 10, устройство слежения-хранения 11, сумматор 12, блок деления напряжений 13, измерительный индикатор 14, управляемый ключ 15, пиковый детектор 16, дифференцирующий элемент 17, нуль-компаратор 18, световой индикатор 19, выходные выводы 20 и 21 устройства, конденсатор 22, представляющий собой геометрическую емкость С_Г испытуемого объекта, резистор 23, представляющий собой сопротивление утечки изоляции R_У испытуемого объекта, конденсатор 24, представляющий собой емкость ΔС, обусловленную поглощенным зарядом испытуемого объекта, и резистор 25, представляющий собой внутреннее сопротивление r в схеме замещения испытуемого объекта, источник питания 26 цепей управления с напряжением U_П.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии ключ 4 замкнут, а ключ 2 разомкнут и электрические емкости 22 и 24 объекта испытания 3 разряжаются через разрядный резистор 5, имеющий малое сопротивление. Необходимость введения разрядного резистора 5 вызвана соображениями электромагнитной совместимости, так как в разрядной цепи без разрядного резистора 5 в момент замыкания разрядного ключа 4 возникают большие экстратоки, электромагнитные помехи от которых могут приводить к сбою электронной аппаратуры. После разряда конденсаторов 22 и 24 в течение одной минуты в соответствии с правилами электроустановок блок управления (на схеме не показан) подает сигнал сначала на размыкание ключа 4 и затем на замыкание ключа 2 и обнуление пик-детектора. Реле времени 10 при этом сработать не успевает. При указанном положении ключей 2 и 4 начинается процесс заряда конденсаторов 22 и 24 объекта испытания 3. Блок-контакт 7 при этом замкнут и на вход устройства слежения-хранения 11 подается напряжение, пропорциональное напряжению на объекте испытания. Через одну минуту после начала процесса заряда изоляции зарядный ключ 2 отключается. При этом блок контакт 7 размыкается и устройство слежения-хранения 11 запоминает и хранит напряжение U₁₁=kU₀, пропорциональное напряжению U₀ на конденсаторах 22 и 24. Здесь k - коэффициент пропорциональности масштабного преобразователя напряжения 6. Далее разрядный ключ 4 замыкается на короткое время Δt, в течение которого геометрическая емкость 22 полностью разряжается до нуля, а напряжение на конденсаторе 24, обусловленное внутренним поглощенным зарядом, остается практически неизменным, так как заряд внутреннего поглощения не может изменяться «мгновенно». Спустя время Δt разрядный ключ 4 размыкается. Зарядный ключ остается разомкнутым. Заряженный до напряжения U₀ конденсатор 24 и разряженный до нуля конденсатор 22 оказываются включены параллельно. Конденсатор 24 отдает часть своего заряда конденсатору 22, после чего напряжение на конденсаторе 22 определяется по формуле (1).

Одновременно с началом процесса заряда конденсатора 22 цепь, содержащая блок-контакты 8 и 9, замыкается и реле времени 10 получает питание от напряжения U_П. Через небольшую заданную выдержку времени реле времени 10 срабатывает и посылает сигнал на замыкание управляемого ключа 15, который подключает вход пик-вольтметра к выходу масштабного преобразователя напряжения 6. Как только процесс заряда конденсатора 22 закончится и напряжение на конденсаторе 22 начнет постепенно уменьшаться за счет его разряда на резистор утечки 23, производная напряжения становится сначала равной нулю, а затем отрицательной и напряжение на выходе дифференцирующего элемента 17 становится отрицательным. Нуль-компаратор 18 вырабатывает сигнал логической единицы. Об окончании процесса заряда конденсатора 22 геометрической емкости сигнализирует световой индикатор 19, включенный на выход нуль-компаратора 18.

Напряжение с выхода устройства 11 слежения-хранения U₁₁=kU₀ подано на неинвертирующий вход сумматора 12. Напряжение с выхода пик-детектора 16 U₁₆=kU_Г подано на инвертирующий вход сумматора 12. На выходе сумматора 12 напряжение равно U₁₂=k(U₀-U_Г). Это напряжение подано на один вход делителя 13 напряжений. На другой вход делителя 13 подано напряжение U₁₆=kU_Г с выхода пик-детектора 16. На выходе делителя напряжений 13 сигнал равен

Таким образом, как только сработает световой индикатор 19, по измерительному индикатору 14 можно считать отношение . После этого устройство выключается.

Технико-экономический эффект от предложенного изобретения определяется повышением эксплуатационной надежности высоковольтного испытуемого электрооборудования за счет более объективной оценки состояния электрической изоляции путем измерения отношения емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции.

Источники информации

1. Серебряков А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2005. - 280 с.

2. А.С. СССР 1749845, кл. G01R 27/02.

Устройство для контроля качества электрической изоляции, содержащее источник испытательного напряжения, зарядный ключ, испытуемый объект, разрядный ключ, разрядный резистор, выходные выводы, к которым подключают испытуемый объект, масштабный преобразователь напряжения, источник питания цепей управления и измерительный индикатор, в котором выход источника испытательного напряжения через зарядный ключ присоединен к выходным выводам, к которым, кроме того, параллельно подключены масштабный преобразователь и соединенные последовательно разрядный ключ и разрядный резистор, отличающееся тем, что в него введены замыкающий и размыкающий блок-контакты зарядного ключа, замыкающий блок-контакт разрядного ключа, реле времени, устройство слежения-хранения, сумматор, блок деления напряжений, управляемый ключ, пиковый детектор, дифференцирующий элемент, нуль-компаратор, световой индикатор, причем вход устройства слежения-хранения через замыкающий блок-контакт зарядного ключа подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения, а выход устройства слежения-хранения подключен к неинвертирующему входу сумматора, к инвертирующему входу которого подключен выход пик-детектора, вход которого через управляемый ключ подключен к выходу масштабного преобразователя, вход управляемого ключа подключен к выходу реле времени, вход которого через последовательно соединенные замыкающий блок-контакт разрядного ключа и размыкающий блок-контакт зарядного ключа подключен к выводу источника питания цепей управления, выходы сумматора и пик-детектора соединены с входами блока деления напряжений, выход которого соединен с входом измерительного индикатора, вход дифференцирующего элемента соединен с входом пик-детектора, а выход дифференцирующего элемента соединен с входом нуль-компаратора, выход которого соединен с входом светового индикатора.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для эффективного контроля напыления тонких металлических пленок. .

Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение // 2473919

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. .

Анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности // 2464580

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и направлено на мгновенное определение смены фазы воды и снижение влияния фазы воды и наличия примесей в ней на точность измерения толщины.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников // 2463614

Устройство измерения активного сопротивления диссипативных cg-двухполюсников // 2461841

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения активного сопротивления и может использоваться во влагометрии материалов, при физико-химических исследованиях жидкостей, а также при автоматическом контроле технологических процессов.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2461013

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников.

Устройство контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока // 2460082

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока. .

Способ получения электрических сигналов, однозначно идентифицирующих параметры составляющих входного комплексного сопротивления пассивного линейного двухполюсника // 2457498

Изобретение относится к области электротехники. .

Энергосберегающий микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных датчиков // 2453854

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока // 2449302

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока (ХИТ). .

Устройство для контроля качества электрической изоляции // 2490652

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью // 2491558

Измеритель параметров двухполюсных rlc цепей // 2499269

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников. Технический результат заключается в повышении точности определения параметров объектов измерения в измерителе с питанием импульсами напряжения, имеющими форму функции n-й степени времени, за счет исключения группы составляющих погрешности измерения. Технический результат достигается благодаря тому, что для определения обобщенных параметров проводимости измеряемой многоэлементной двухполюсной RLC цепи используется уравновешивание составляющих тока через RLC цепь, изменяющихся по закону n-й, (n-1)-й, …, 1-й, нулевой степени, и компенсирующего тока, создаваемого многоэлементным потенциально частотно-независимым двухполюсником (ПЧНД) с регулируемыми параметрами. При этом устраняются источники погрешностей измерения, обусловленные шунтирующим действием измерительной цепи на импеданс измеряемой RLC цепи и ПЧНД, а также присутствием синфазного напряжения на входе преобразователя «ток-напряжение». Измеритель сохраняет свойство раздельного уравновешивания и расширенные функциональные возможности, позволяющие создавать устройства для определения параметров различных вариантов многоэлементных двухполюсных цепей и схем замещения типа R-C, R-L и R-L-C. 1 ил.

Устройство для измерения сопротивления электрической изоляции // 2501027

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции крупных электрических машин и аппаратов, имеющих большую постоянную времени. Техническим результатом заявленного изобретения выступает сокращение времени измерения установившегося значения сопротивления изоляции. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство введены два дифференциатора, два компаратора и два RS-триггера, два двухвходовых элемента И, одновибратор и устройство слежения-хранения, с помощью которых фиксируется значение сопротивления изоляции, равное половине установившегося значения. Суть изобретения заключается в том, что устройство следит за изменением сопротивления изоляции в процессе его измерения и фиксирует значение сопротивления, при котором зависимость сопротивления от времени проходит точку перегиба. Установившееся значение сопротивления изоляции определяют как удвоенное значение сопротивления изоляции, при котором наблюдается точка перегиба. 3 ил.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста // 2506599

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста содержит первый резистор 1, второй резистор 2 (он же резистивный датчик), третий резистор 3, четвертый резистор 4, пятый резистор, RC-фильтр 6 и микроконтроллер 7. Резисторы 1, 2 и 5 первыми выводами подключены к входу RC-фильтра 6, выход которого подключен к первому входу АК (АК не показан) микроконтроллера 7, второй вывод резистора 5 подключен к выходу ШИМ (ШИМ не показан) микроконтроллера 7, первые выводы резисторов 3 и 4 подключены ко второму входу АК микроконтроллера 7, вторые выводы резисторов 1, 2, 3, и 4 подключены, соответственно к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера 7. Технический результат заключается в повышении точности микроконтроллерного измерительного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Цифровой способ преобразования параметров индуктивных датчиков с использованием временной инверсии сигнала // 2507522

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в возбуждении кратковременным электрическим импульсом в LC-контурах измерительного и опорного плеч датчика колебательных сигналов и аналого-цифровом преобразовании их в числовые массивы данных, временной инверсии путем переиндексации элементов массивов, осуществлении Фурье-преобразования полученных в результате инверсии сигналов и определении действительных Re U(f) и мнимых Im U(f) трансформантов сигналов на частоте, наиболее близкой к частоте основной гармоники, что позволяет вычислить начальные фазы колебаний сигналов для измерительного и опорного плеч датчика, разность которых однозначно связана с изменением параметров датчика. Технический результат заключается в повышении точности. 1 ил.

Способ для измерения импеданса во многих точках объекта и устройство для его осуществления // 2510032

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для высокоэффективного контроля объектов, в качестве информативного параметра которых используют электрический импеданс. Способ включает определение глубины пропитки объекта расположением измерительных электродов в виде овальной формы с числом 2n на участке объекта, измерение импедансов между всеми ближайшими соседними измерительными электродами в первой серии, импедансов между всеми измерительными электродами во второй серии с отличием на единицу, сравнение результатов, по которым судят о глубине пропитки. Устройство содержит генератор переменного напряжения, четырехплечую мостовую измерительную цепь, масштабный усилитель, операционный усилитель, амплитудный выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, вычислительное устройство и два мультиплексора. В него дополнительно введены 2n-е число измерительных электродов, формирователь прямоугольных импульсов и блок управления мультиплексорами, при этом измерительные электроды расположены на объекте в виде овальной формы и соединены с информационными входами мультиплексоров, измерительные электроды от 1 до 2n-1 соединены с первым мультиплексором, а со второго по 2n со вторым мультиплексором, вход формирователя прямоугольных импульсов соединен с генератором переменного напряжения, а выход с входом блока управления мультиплексорами, два равных выходов которого соответственно соединены с адресными входами первого и второго мультиплексоров. Технический результат заключается в повышении точности измерения импеданса, расширении функциональных возможностей и повышении информации об объекте измерения и контроля. 2 н.п. ф-лы., 1 ил.

Способ определения укрупненных первичных параметров трехпроводной линии электропередачи // 2518576

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании трехфазных линий электропередачи (ЛЭП) трехпроводного исполнения на основе ее Г-образной схемы замещения полнофазного исполнения. Способ заключается в замещении всей трехпроводной линии электропередачи, включающей в свой состав несколько однородных участков, опоры, линейную арматуру и прочие сопутствующие устройства. Экспериментально определяют изображения действующих значений входных и выходных фазных напряжений и токов на комплексной плоскости и в последующем вычислении первичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи. Входные и выходные напряжения и токи определяются из серии экспериментов из четырех опытов и являются исходными данными для вычисления укрупненных активных сопротивлений и индуктивностей линейных проводов, укрупненных активных проводимостей и емкостей между проводами, а также между проводами и «землей». Технический результат заключается в повышении точности определения параметров линии электропередачи. 2 ил.

Цифровой измерительный преобразователь индуктивного типа с повышенным быстродействием // 2521761

Изобретение относится к измерительной технике. Цифровой измерительный преобразователь индуктивного типа, включающий в себя микроконтроллер, подключенный к блоку формирования импульсов, выход которого подключен к входам усилителей тока измерительного и опорного плеч преобразователя, выходы усилителей подключены к LC-контурам измерительного и опорного плеч преобразователя. При этом LC-контуры измерительного и опорного плеч преобразователя подключены к первым входам компараторов обоих плеч соответственно, вторые входы которых соединены с общей шиной, выходы компараторов подключены к цифровым входам микроконтроллера. Технический результат заключается в повышении быстродействия измерительного преобразователя. 2 ил.

Способ определения укрупненных вторичных параметров трехпроводной линии электропередачи методом восьмиполюсника // 2521784

Способ относится к области функционального контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения на основании теории многополюсников. Способ заключается в замещении трехпроводной линии электропередачи восьмиполюсником, в экспериментальном определении его коэффициентов, в вычислении укрупненных вторичных параметров этой линии электропередачи. Коэффициенты восьмиполюсника определяются в результате выполнения шести опытов. В результате аналитической обработки экспериментальных данных определяются постоянные распространения результирующих падающих и отраженных волн электромагнитного поля в каждом линейном проводе, укрупненные собственные и взаимные волновые сопротивления, фазовые скорости падающих и отраженных волн электромагнитного поля в каждом линейном проводе. Технический результат заключается в повышении точности контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения. 3 ил.