СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей. При этом большое значение имеет измерение или контроль сопротивления изоляции низковольтных систем автоматики, например на современных судах с разветвленной кабельной связью, связывающей потребителей с источниками электроэнергии. Особое значение приобретает задача уменьшения времени измерения сопротивления изоляции.

Известен способ трех отсчетов вольтметра [1] измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока под напряжением, включающий измерение напряжения между полюсами электрической сети, поочередное шунтирование резистором сопротивлений полюсов сети, измерение установившихся напряжений на шунтиpующем резисторе, вычисление эквивалентного сопротивления изоляции как произведение величины шунтиpующего резистора на отношение напряжения измеряемой сети к сумме установившихся напряжений на шунтиpующем резисторе, уменьшенного на единицу.

Недостатком этого способа является необходимость измерения на шунтирующем резисторе установившихся напряжений, время установления которых зависит от параметров измеряемой электрической сети, т.е. емкости и сопротивления изоляции, что приводит к большому времени измерения эквивалентного сопротивления изоляции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей [2] включающий поочередное шунтирование резистором полюсов сети, измерение мгновенных значений напряжений на шунтирующем резисторе в момент подключения шунтирующего резистора к одному из полюсов сети и в два последующих момента времени через равные интервалы времени, затем в момент подключения шунтирующего резистора к другому полюсу сети и в два последующих момента времени через равные интервалы времени, определение эквивалентного сопротивления изоляции по следующей формуле:
R_э= R 1,(1)
где R_э эквивалентное сопротивление изоляции электрической сети;
R_ш шунтирующее активное сопротивление (резистор);
U_с напряжение контролируемой электрической сети;
V_1,1, V_1,2, V_1,3 соответственно мгновенные значения напряжений в трех указанных моментах времени через заданный постоянный интервал времени Δt при подключении R_ш к положительному полюсу сети;
V_2,1, V_2,2, V_2,3 соответственно мгновенные значения напряжений при подключении R_ш к отрицательному полюсу сети.

В известном способе [2] выбранном за прототип, удается повысить быстродействие измерений эквивалентного сопротивления изоляции, задаваясь предварительно интервалом времени Δt, исходя из предполагаемого наибольшего возможного значения емкости и сопротивления изоляции измеряемой электрической сети. При этом для сетей с меньшими значениями емкости и сопротивления изоляции время проведения измерений не уменьшается, так как оно определяется выбранным заранее интервалом времени Δ t.

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что интервал времени Δt зависит от параметров сети емкости и сопротивления изоляции. В результате значение Δt выбиралось большим самого неблагоприятного интервала Δt, т.е. соответствующей наибольшей возможной в сети емкости изоляции. Это приводило к завышению времени измерений для сетей с наименьшими емкостями изоляции.

Сущность изобретения заключается в том, что, как и в способе-прототипе, способ определения сопротивления изоляции электрических сетей, основанный на поочередном шунтировании резистором полюсов сети, последовательном измерении на нем мгновенных значений напряжения через равные интервалы времени и 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, но, в отличие от способа-прототипа, дополнительно при измерении мгновенных значений напряжения на шунтирующем резисторе фиксируют момент окончания измерения, для чего по первым трем измерениям определяют разности между смежными значениями, находят разность между полученными результатами и сравнивают ее по модулю с заданным первым порогом ΔV_п, при превышении которого процесс измерения заканчивают, а при значении ниже заданного порога ΔV_п сравнивают по модулю разность между измеренным последним значением напряжения и напряжением в момент измерения с вторым заданным порогом , умноженным на количество интервалов, при значении ниже второго порога процесс измерения заканчивают и принимают значение последнего измерения мгновенного значения напряжения за установившееся напряжение, в противном случае измерения напряжения на шунтиpующем резисторе продолжают, но уже сравнивают между собой результаты измерений, взятые через двойной, тройной и т.п. интервалы времени до выполнения одного из вышеперечисленных условий.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить время измерения эквивалентного сопротивления изоляции за счет сокращения интервала времени между измерениями мгновенных значений напряжений с применением критериев ΔV_i,j > Δ V_п или < , где ΔV_i,j= V_i,1-V +1-V +1-V;
= V_i,j j-е мгновенное значение напряжения при подключении шунтирующего резистора к i-му полюсу сети;
j количество измеренных на данный момент времени мгновенных значений напряжений.

По критериям Δ V_i,j и определяют момент окончания измерений мгновенных значений напряжений на шунтирующем резисторе при подключении его поочередно между каждым из полюсов сети и корпусом. После этого определяют эквивалентное сопротивление изоляции (время измерения которого автоматически меняется в зависимости от изменения постоянной времени контролируемой электрической сети) по следующим выражениям:
R_э= R -1 где U_i=
При исследовании патентной и другой научно-технической информации заявителем не были обнаружены источники, в которых были бы приведены сведения о технических решениях, содержащих совокупность отличительных признаков предлагаемого способа, хотя и известны технические решения, содержащие отдельно признаки заявляемого объекта, однако свойства и эффект, которые указанные признаки сообщают этим объектам, иные, чем в предлагаемом решении, поэтому указанные отличия являются существенными.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 приведена временная диаграмма, иллюстрирующая принцип работы предлагаемого способа; на фиг.3 представлена временная диаграмма реализации способа измерения эквивалентного сопротивления изоляции; на фиг.4, 5 приведен алгоритм определения эквивалентного сопротивления изоляции.

Способ реализуется в устройстве, содержащем клеммы 1 для подключения фаз полюсов сети, к которым через первый и третий выводы подключены первые выводы ключей 2 и 3, третьи выводы которых соединены с первым и вторым выводами шунтирующего резистора 4, третий вывод шунтирующего резистора 4 соединен с первым входом АЦП 5, выход которого соединен c третьим входом контроллера 6, второй и третий выходы которого соединены с вторыми входами ключей 2 и 3 соответственно, а первый выход контроллера 6 соединен с входом блока 7 индикации, первый вход контроллера 6 соединен с шиной 8 запуска. Четвертый выход контроллера 6 соединен с вторым входом АЦП 5.

На фиг. 2 представлена временная диаграмма переходного процесса на шунтирующем сопротивлении при подключении последнего к положительному полюсу сети. Точками показаны измеренные через равный интервал времени мгновенные значения напряжений V_1,1, V_1,2. На основании первых трех измерений V_1,1 V_1,2, V_1,3 вычисляется величина
ΔV_1,3= V_1,2-V-V_1,3-V, характеризующая степень линейности начального участка переходного процесса. Если ΔV_1,3 < Δ V_п, то измерения продолжаются измеряется V_1,4; V_1,5 и затем степень линейности уже определяется по трем значениям, расположенным через двойной интервал -V_1,1, V_1,3, V_1,5 т. е. определяется величина ΔV_1,5= V_1,3-V-V_1,5-V,которая исравнивается с порогом. При измерениях используется также другой порог, позволяющий исключить бесконечный характер измерений в ряде случаев при достижении установившихся значений напряжения. Для этого каждый раз вычитаются первое измеренное и последнее измеренное мгновенные значения и разность делится на количество прошедших интервалов. После первых трех измерений это будет величина
= а после пяти измерений
=
Эта величина характеризует скорость измерения напряжения и уменьшается при приближении к установившемуся значению напряжения. Таким образом, если величина больше пороговой, то установившееся значение не достигнуто и можно искать точку выхода на нелинейный участок по первому критерию.

На фиг. 3 представлена временная диаграмма реализации предлагаемого способа, где показаны управляющие сигналы "Зап АЦП", "Имп. конец преобразования", "ВКЛ. Кл. 1", "ВКЛ. Кл.2". По сигналу "Имп конец преобразования" производятся замеры мгновенных значений напряжений на шунтирующем резисторе, как показано на фиг.3, в качестве примера количество измерений j 5, которое необходимо для фиксации окончания измерений и определения U₁ при подключении шунтирующего резистора к положительному полюсу сети и соответственно количество измерений j 7, которое необходимо для фиксации окончания измерений и определения U₂ при подключении шунтирующего резистора к отрицательному полюсу сети.

На фиг. 4 и 5 в соответствии с фиг.1 описан алгоритм работы устройства, реализующего предлагаемый способ, которое работает следующим образом. По сигналу, поступающему с шины 8 запуска на первый вход контроллера 6, на его третьем выходе вырабатываeтся сигнал управления ключом 2, подключающим первый вывод шунтирующего резистора 4 через выводы три и один к первому выводу положительного полюса шины питания клеммы 1, в результате в момент подключения шунтирующего резистора 4 и затем через равные интервалы времени на его третьем выходе измеряются мгновенные значения напряжения АЦП 5 и с его выхода поступают на четвертый выход контроллера 6 для запоминания результатов измерения и определения по ним установившегося значения напряжения U₁ в соответствии с алгоритмом (фиг.4). Для этого задают ΔV_п,,Δ t, j, измеряют V_1,1, V_1,2, V_1,3, определяют величину Δ V_i,j и Δ сравнивают ΔV_i,j Δ V_1,3 c ΔV _п, если Δ V_1,3 ≥ΔV_п, то рассчитывают U₁ по измеренным мгновенным значениям V_1,1, V_1,2, V_1,3, если ΔV_1,3 ≅ ΔV_п, то проверяют по следующему критерию: .

Если , то за установившееся значений напряжения U₁ принимают третье измеренное мгновенное значение напряжения, т.е. V_1,3.

Если > , то дополнительно берутся два последующих отсчета мгновенных значений напряжений на переходном процессе V_i(t) и заносятся в память ОЗУ.

Определяется величина напряжения Δ V_1,j по трем измерениям мгновенных значений напряжений: первому, последнему и среднему, т.е.

V_1,1,V_1,5 и i_cp= +1 +1, т.е. V_1,3.

Определяется величина напряжения ΔV_1,j по первому, последнему и среднему значениям для j 5 измерений мгновенных значений напряжений, сравнивают величину ΔV_1,j Δ V_1,5 cΔ V_п.

Если ΔV_1,5 ≥ΔV_п, то рассчитывают U₁ по измеренным мгновенным значениям V_1,1, V_1,3, V_1,5.

Если ΔV_1,5 ≅Δ V_п, то проверят по критерию .

Если , то за установившееся значение напряжения принимают последнее измерение мгновенного значения, т.е. V_1,5.

Если > , то тогда дополнительно берутся два последующих отсчета мгновенных значений напряжений на переходном процессе V_i(t) и заносятся в память ОЗУ и цикл повторяется как выше описано.

После определения установившегося значения напряжения U₁ с третьего выхода контроллера 6 поступает сигнал на отключение ключа 2 от первого вывода шунтирующего резистора 4 положительного первого вывода полюса сети 1 и управляющим сигналом через минимальное время задержки с второго выхода контроллера 6 ключом 3 подключается второй вывод шунтирующего резистора 4 к третьему выводу отрицательного полюса сети 1.

Затем в соответствии с алгоритмом на фиг.4.2 определяется установившееся значение напряжения U₂ в порядке, аналогичном описанному на фиг.4, а затем определяется эквивалентное сопротивление изоляции по известным значениям U₁, U₂, U_c и R_ш.

Использование: для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей. Сущность изобретения: способ определения сопротивления изоляции электрических сетей основан на поочередном шунтировании резистором полюсов сети, последовательном измерении на нем мгновенных значений напряжения в момент шунтирования и затем через равные интервалы времени определении эквивалетного 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 между их смежными значениями, находят разноть между полученными результатами ΔU_ij и сравнивают ее по модулю с заданным первым порогом ΔU_п при превышении которого процесс измерения заканчивают, а при значении ниже заданного порога ΔU_п сравнивают по модулю разность между последним измеренным значением мгновенного напряжения и напряжением в момент шунтирования с вторым заданным порогом ΔU_п умноженным на количество интервалов, при значении ниже второго порога ΔU_п процесс измерения заканчивают и принимают значение последнего измерения мгновенного значения напряжения за установившиееся 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 вышеперечисленных условий. 5 ил.

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, отличающийся тем, что 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 полученых результатов ΔU_1j и сравнивают ее по модулю с заданным первым порогом ΔU_п при превышении которого процесс измерения заканчивают, а при значении ниже заданного порога ΔU_п сравнивают по модулю разность последних измеренных значений мгновенного напряжения и напряжения в момент шунтирования с вторым заданным порогом умноженным на количество интервалов, призначении ниже второго порога процесс измерения заканчивают 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.