СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2006 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения сопротивлений изоляции в сетях постоянного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением.

Известен способ измерения полного сопротивления изоляции сети постоянного тока при помощи вольтметра и шунта (см., например, Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 В. М.-Л.: Энергия, 1966, с.50-51). Этим способом не могут быть измерены сопротивления изоляции отдельных полюсов сети.

Наиболее близким к изобретению является известный способ измерения сопротивлений изоляции путем поочередного измерения напряжений между каждым из полюсов и землей вольтметром с конечным сопротивлением (см., например, там же, с.53-55). Этим способом не могут быть измерены сопротивления изоляции отдельных участков сети (присоединений), необходимость переключения вольтметра усложняет процесс измерения и снижает точность результатов.

По существу известные способы измерения сопротивлений изоляции сети основаны на измерении напряжений между землей и ее полюсами до и после подключения к одному из них резистивного элемента (шунта, вольтметра с конечным сопротивлением).

Задачами изобретения являются упрощение процесса измерений, повышение точности его результатов и расширение функциональных возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанном на измерении напряжений между землей и ее полюсами до и после подключения к одному из полюсов резистивного элемента, дополнительно измеряют токи, протекающие по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента, в качестве резистивного элемента используют электрически управляемый резистивный элемент, включают его на полюс, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до включения, поддерживают постоянное значение тока через этот элемент и вычисляют значение сопротивлений изоляции сети по формулам

где R - полное сопротивление изоляции сети,

ΔU - приращение полусуммы напряжений на полюсах, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети,

I - величина тока через этот элемент,

Rj - сопротивление изоляции j-го присоединения,

Ij - приращение тока j-го присоединения, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети.

Сущность изобретения поясняется схемой (фиг.1) и графиками (фиг.2).

На схеме фиг.1 изображены источник 1 питания сети постоянного тока с изолированной нейтралью, электрически управляемые резистивные элементы 2 и 3, устройства 4 и 5 для измерения напряжений между землей и полюсами сети, устройства 6, 7 и 8 для измерения токов, протекающих по присоединениям 9, 10 и 11.

На схеме показаны нагрузки присоединений, емкости и активные сопротивления их изоляции. Например, присоединение 9 обладает очень хорошей изоляцией, активные утечки присоединения 10 значительны, а на присоединении 11 имеется повреждение изоляции его отрицательного полюса.

На графиках фиг.2 показано (сверху вниз) изменение во времени тока I через электрически управляемый резистивный элемент, напряжений U₁ и U₂ на полюсах сети, а также их полусуммы, токов I₁, I₂, и I₃, протекающих по присоединениям 9, 10 и 11 соответственно, и приращений (ΔU, ΔI₁, ΔI₂ и ΔI₃), вызванных подключением электрически управляемого резистивного элемента, например, к положительному полюсу сети.

Измерение приращений напряжений и токов может быть выполнено при помощи известных в технике измерений методов и устройств, включая средства вычислительной техники.

В качестве электрически управляемых резистивных элементов могут быть использованы, например, комплиментарные биполярные транзисторы, включенные по схеме с отрицательной обратной связью по току эмиттера. Если подключить источник постоянного напряжения к базе транзистора, включенного по такой схеме, то при наличии напряжения на коллекторе большего, чем напряжение насыщения, в коллекторной цепи будет протекать постоянный ток.

Наличие напряжения на коллекторе транзистора будет обеспечено, если в соответствии с изобретением включают электрически управляемый резистивный элемент на полюс, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до включения. Отсутствие насыщения транзистора может быть обеспечено выбором величины коллекторного тока в зависимости от предполагаемого значения полного сопротивления изоляции сети, т.е. по существу выбором диапазона измерения сопротивлений.

В момент включения электрически управляемого резистивного элемента весь его ток замыкается через емкости сети, а в установившемся режиме он протекает только через активные сопротивления изоляции. Приращения напряжений на полюсах и полусуммы этих напряжений (смещения нейтрали сети), вызванные подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети, равны произведению постоянного тока через этот элемент и полного активного сопротивления изоляции сети.

Таким образом, приращение напряжения смещения нейтрали не зависит от соотношения величин полного сопротивления изоляции сети и сопротивления резистивного элемента, как это имеет место в известных способах измерения. Поэтому при измерении предлагаемым способом повышается точность измерения. Кроме того, в предлагаемом способе измерения для определения сопротивлений изоляции (полного и по полюсам) не требуется переключать резистивный элемент на другой полюс. Это упрощает процесс измерения и исключает возможные ошибки, возникающие при таком переключении.

Сопротивления изоляции полюсов сети могут быть рассчитаны по известным формулам с использованием измеренных напряжений на полюсах и полного сопротивления изоляции.

Постоянный ток через электрически управляемый резистивный элемент в момент включения этого элемента распределяется по присоединениям обратно пропорционально их емкостям, а в установившемся режиме - обратно пропорционально активным сопротивлениям изоляции. Приращения емкостных токов, вызванные подключением электрически управляемого резистивного элемента, равны нулю (например, ток I₁ на фиг.2), а сумма приращений активных токов через изоляцию присоединений равна постоянному току через электрически управляемый резистивный элемент (например, сумма ΔI₂ и ΔI₃ на фиг.2). Следовательно, измеряя приращения токов, вызванные подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети, можно определить сопротивления изоляции присоединений, то есть расширить функциональные возможности способа.

Способ измерения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью основан на измерении напряжений между полюсами сети и землей до и после подключения к одному из полюсов резистивного элемента. В качестве резистивного элемента используют электрически управляемый резистивный элемент. Электрически управляемый резистивный элемент включают на полюс, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до включения. При этом поддерживают постоянное значение тока через этот элемент. Дополнительно измеряют токи, протекающие по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента. Значения полного сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений определяют по величине приращения полусуммы напряжений на полюсах, вызванного подключением электрически управляемого резистивного элемента, величине тока через этот элемент и величине приращения токов присоединений. Изобретение направлено на упрощение процесса измерения, повышение точности результатов и расширение функциональных возможностей способа. 2 ил.

Способ измерения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанный на измерении напряжений между землей и ее полюсами до и после подключения к одному из полюсов резистивного элемента, отличающийся тем, что дополнительно измеряют токи, протекающие по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента, в качестве резистивного элемента используют электрически управляемый резистивный элемент, включают его на полюс, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до включения, поддерживают постоянное значение тока через этот элемент и вычисляют значение сопротивлений изоляции сети по формулам

где R - полное сопротивление изоляции сети;

ΔU - приращение полусуммы напряжений на полюсах, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети,

I - величина тока через этот элемент;

R_j - сопротивление изоляции j-го присоединения;

I_j - приращение тока j-го присоединения, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети.