СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОНИЖЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ В ЛИНИИ ПОДАЧИ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ К НАГРУЗКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01R31/02 

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к средствам определения понижения сопротивления изоляции в линейном тракте.

Известны способ и устройство измерения сопротивления изоляции, описанные в п. РФ №2026565, по кл. G01R 31/08, з. 28.06.91, оп. 09.01.95.

Известный способ заключается в том, что изменяют соотношение сопротивления резистивных цепей между выходными шинами источника тока дистанционного питания и землей до достижения минимального значения разностного тока через них на землю и находят участок с пониженным сопротивлением изоляции, для чего производят поочередное заземление точек вдоль петли дистанционного питания с измерением при каждом заземлении разностного тока по резистивным цепям с выходных шин источника тока дистанционного питания на землю, а нахождение участка с пониженным сопротивлением изоляции осуществляют по точке заземления с минимальным отклонением сопутствующего заземлению разностного тока от его первоначального достигнутого значения.

Известное устройство содержит резистивные цепи, выполненные в виде магазинов сопротивлений, и измеритель разностного тока в виде миллиамперметра, при этом первая резистивная цепь включена между положительной выходной шиной источника тока дистанционного питания и первым выводом измерителя разностного тока, вторая резистивная цепь включена между отрицательной выходной шиной источника тока и первым выводом измерителя разностного тока, второй вывод которого подключен к шине заземления.

Недостатком известных средств является сложность осуществления большого числа измерений.

Известны способ и устройство для измерения сопротивления изоляции, описанные в п. РФ №2054185, по кл. G01R 31/08, з. 04.11.91, оп. 10.02.96.

Известный способ заключается в том, что прикладывают к объекту постоянное напряжение, формируют опорное напряжение, измеряют распределение напряжения в соответствующих точках вдоль объекта между земляной шиной и шиной питания, при измерении регулируют опорное напряжение, вычитают его из опорного напряжения для получения нулевого значения разности, затем прикладывают к определенным точкам объекта дополнительное напряжение, после временной задержки проводят повторное измерение и по нулевому значению разности судят о месте снижения сопротивления изоляции.

Известное устройство содержит изолированный от земли источник питания постоянного тока, подключенный к семейству узлов электрической установки, содержащих сопротивления нагрузки, сопротивления изоляции плюсовой и минусовой шин питания относительно корпусов узлов, источник опорного напряжения, содержащий переменный и постоянный резисторы, подключенный первым и вторым выводами к шинам питания, а средним выводом - к инвертирующему входу измерительного блока, содержащего дифференциальный усилитель постоянного тока с высокоомными входами и индикатор. Кроме того, устройство содержит также дополнительный источник постоянного тока, минусовой провод которого подключен к одной из точек корпуса непосредственно, а плюсовой - через ключевой элемент.

Недостаток известных средств заключается в сложности осуществления за счет проведения большого числа измерений, а также обусловленной этим сложности схемы измерения. Кроме того, известные средства позволяют определить лишь место понижения сопротивления, не давая возможности измерить ток утечки.

Наиболее близким по назначению является устройство и способ для контроля понижения изоляции в кабельной линии, представленные в п. РФ №2007874, по кл. Н04В 3/46, з. 13.12.90, оп. 15.02.94, и выбранные в качестве прототипа.

Известное устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные схему формирования вызывной комбинации сигналов контроля, включающую в себя кнопку, триггер, элемент ИЛИ, четыре элемента И, элемент задержки, служащие для запоминания сигнала с выходов нижеупомянутых трех блоков элементов И три регистра, три блока отображения, счетчик, три дешифратора, три блока элементов И и шифратор, резистивный делитель, соединенный входом с экраном кабельной линии, включающей сигнальную цепь и сигнальную жилу, а выходом - с тремя параллельными устройствами индикации состояния индикации, связанными с входами трех схем И, соединенных вторыми входами через дешифратор и одновибратор с сигнальной цепью, и подключенными выходами к перекодирующему блоку, связанному выходом со схемой формирования вызывной комбинации сигналов контроля. При этом устройства индикации (фиг.2) содержат первый делитель напряжения, подключенный своим низкопотенциальным концом к экрану кабеля, связанный выходом параллельно с тремя устанавливающими соответствующие пороговые значения регулируемыми делителями напряжения, соединенными выходами с тремя операционными усилителями, подключенными выходами к трем индикаторам, соединенным через упомянутые выше схемы И с перекодирующим блоком.

Недостатком известного устройства является то, что устройство имеет очень сложную и большую схему, поскольку очень сложной является схема формирования вызывной комбинации сигналов контроля. Кроме того, такая схема требует проверки каждого из проводов линии отдельно при отключенном рабочем напряжении питания линии, поскольку схема индикации включена между экраном и сигнальной цепью и рабочее напряжение питания искажает результат измерения сопротивления изоляции.

Известный способ заключается в том, что в режиме измерения к сигнальной линии подключают делитель напряжения и сравнивают выходное напряжение делителя с опорным напряжением и результат сравнения подают на схему индикации, которая индицирует сигнал «норма», или «предупреждение» (ниже нормы), либо «авария».

Задачей является обеспечение возможности контроля сопротивления изоляции без отключения рабочего источника при упрощении средств измерения и повышении точности контроля.

Поставленная задача решается тем, что:

- в способе контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке подают контрольный сигнал на контролируемую линию, принимают ответный сигнал, запоминают его, анализируют его и индицируют, согласно изобретению в контролируемой линии при включенном основном источнике напряжения питания нагрузки замеряют ток утечки в линии подачи, затем на контролируемую линию при включенном основном источнике подают одновременно напряжение дополнительного источника, снова замеряют ток утечки в линии подачи, запоминают замеренные сигналы и в качестве контрольного сигнала используют разностный сигнал, получаемый вычитанием сигналов при первом и втором замерах, для анализа сравнивают полученный разностный сигнал с допустимым значением тока утечки и по результатам сравнения судят о наличии или отсутствии утечки;

- в устройстве контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке, включающем в себя схему формирования контрольного сигнала, подключенную к контролируемой линии, связанной с делителем напряжения, запоминающее устройство для сохранения замеренных значений контрольного сигнала с контролируемой линии, связанной со схемой анализа результатов измерений, и схему индикации результатов анализа, согласно изобретению схема формирования контрольного сигнала включает в себя основной источник напряжения питания, соединенный с линией подачи напряжения питания к нагрузке, и дополнительный источник напряжения, связанный минусовым выводом с плюсовым выводом основного источника через коммутирующее устройство, подключенное выходом к плюсовому выводу стабилитрона, соединенного минусовым выводом с плюсовым выводом дополнительного источника и с входом делителя напряжения, соединенного выходом со схемой анализа результатов измерения, состоящей из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, запоминающего устройства, вычислительного устройства и схемы сравнения, выход которой подключен к схеме индикации.

Одновременное подключение к линии подачи напряжения питания на объект основного и дополнительного источника напряжения и измерение суммарного напряжения на делителе напряжения в совокупности с последующим вычитанием из суммарного напряжения измеренного на делителе напряжения от основного источника, и сравнение разности с допустимым напряжением позволяет без отключения основного источника напряжения достаточно просто и с весьма высокой точностью определить наличие утечки в линии подачи напряжения к нагрузке.

Выполнение схемы формирования контрольного сигнала в виде основного и дополнительного источников напряжения при указанном выше подключении дополнительного источника напряжения к линии подачи напряжения питания в совокупности с выполнением схемы анализа замеренного на делителе напряжения сигнала в виде последовательно соединенных преобразователя сигнала, запоминающего устройства, вычислительного устройства и схемы сравнения дает возможность при весьма простой схеме и с достаточной точностью независимо от стабильности напряжения основного источника определить наличие утечки в линии подачи напряжения питания к нагрузке без отключения на время измерения основного источника напряжения питания.

Технический результат - обеспечение возможности контроля сопротивления изоляции без отключения линии от источника питания при упрощении средств контроля и повышении точности определения понижения сопротивления изоляции.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как измерение тока утечки в линии при включенном основном источнике напряжения питания, измерение тока утечки в линии при включенном основном и дополнительном источниках напряжения, определение разности замеренных значений, оценка ее сравнением с допустимым значением и выводы по результатам оценки о наличии или отсутствии утечки в линии подачи напряжения питания к нагрузке, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как выполнение схемы формирования контрольного сигнала в виде основного и дополнительного источников напряжения питания, а схемы анализа замеренного сигнала - из последовательно соединенных вычислительного устройства и схемы сравнения при указанных выше связях и уже имевшихся элементах схемы, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными выше отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемые способ и устройство соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Заявляемые способ контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке и устройство для его осуществления могут найти широкое применение в измерительной технике, а потому соответствуют критерию «промышленная применимость».

Изобретения иллюстрируются чертежами, где приведены на:

- фиг.1 - функциональная схема устройства контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке;

- фиг.2 - принципиальная схема устройства контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке.

Заявляемый способ контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке заключается в следующем.

К нагрузке прикладывают постоянное напряжение от основного источника питания и измеряют ток утечки в линии питания. Затем при включенном основном источнике напряжения питания прикладывают к линии напряжение питания от дополнительного источника питания и снова измеряют суммарный ток утечки в линии питания. Определяют разность произведенных замеров и сравнивают полученную величину с допустимым значением утечки: разница не должна превышать допустимое значение.

Заявляемое устройство (фиг.1 и 2) содержит основной источник 1 напряжения, подключенный выходами (плюсовым и минусовым выводами) к линии 2 подачи напряжения питания на нагрузку (например, датчик давления). Плюсовой вывод источника 1 соединен через коммутирующее устройство 3, включающее в себя ключевой элемент 4 (реле) и ключевой элемент 5 (реле), с анодом стабилитрона 6 и с резистором 7, подключенным через второй ключевой элемент 5 к минусовому выводу дополнительного источника 8 напряжения, плюсовой вывод которого соединен с катодом стабилитрона 6 и резисторным делителем 9-10 напряжения. К резисторному делителю 9-10 подключена схема 11 анализа результатов измерения, состоящая из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 12, запоминающего устройства, вычислительного устройства и схемы сравнения, выполненных в виде контроллера 13, и соединенная с индикатором 14. Линия 2 подачи напряжения питания состоит из плюсового 15 и минусового 16 проводов шины питания. Плюсовой провод 15 соединен с первым ключевым элементом 4. Назначение и выполнение узлов и элементов следующее.

Основной источник 1 напряжения питания предназначен для преобразования сетевого напряжения 220 В в стабилизированное напряжение 36 В и питания датчиков давления или температуры. Это может быть, в частности, блок питания «Метран-600».

Линия 2 подачи напряжения питания служит для запитки нагрузки (датчика давления, температуры или расхода и т.п.) и представляет собой шину из плюсового и минусового проводов 14 и 15.

Коммутирующее устройство 3 предназначено для обеспечения поочередного подключения к схеме 11 анализа результатов измерения тока утечки в линии подачи напряжения при включенном только основном источнике 1 и при включенных основном и дополнительном источниках 1 и 8.

Ключевой элемент 4 (реле) предназначен для переключения каналов и разрыва линии при отсутствии измерений.

Ключевой элемент - реле 5 служит для подключения дополнительного источника 8 напряжения к линии 2 подачи напряжения питания.

Стабилитрон 6 предназначен для прохождения тока при отключении дополнительного источника 8 и стабилизации напряжения дополнительного источника 8 при измерении.

Резистор 7 служит для ограничения тока в цепи дополнительного источника 8.

Дополнительный источник 8 постоянного тока служит для создания дополнительного напряжения, служащего для обеспечения измерения.

Резисторы 9 и 10 образуют делитель напряжения для преобразования замеренного тока утечки в напряжение и ограничения рабочего напряжения для АЦП 12.

Схема 11 анализа результатов измерения предназначена для преобразования, хранения полученных значений замеров, получения их разности и сравнения величины последней с допустимым значением, а также для индикации результатов контроля. Она состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 12, запоминающего устройства, вычислительного устройства и схемы сравнения (не обозначены).

Аналого-цифровой преобразователь 12 предназначен для преобразования аналогового сигнала, снимаемого с делителя напряжения, в цифровой сигнал, поступающий на запоминающее устройство.

Запоминающее устройство служит для хранения значений замеров.

Вычислительное устройство предназначено для определения разности значений замеров.

Схема сравнения служит для сравнения разности замеров с допустимым значением.

Конструктивно три последних узла выполнены в виде контроллера 13, который одновременно служит для хранения допустимого значения напряжения утечки, замеренных сигналов с основным и дополнительным источниками, вычитания их, сравнения полученной разности с допустимым значением напряжения утечки.

Индикатор 14 предназначен для индикации наличия утечки.

Заявляемый способ контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке с помощью заявляемого устройства осуществляется в два этапа и реализуется следующим образом. На первом этапе реле 5 разомкнуто и дополнительный источник 8 не подключен к цепи измерения. Реле 4 замкнуто и ток I ут. от основного источника 1 протекает через стабилитрон 6 на делитель 9-10 напряжения, откуда в виде аналогового сигнала снимается на АЦП 12, где преобразуется в цифровой сигнал и далее поступает на контроллер 1, где запоминается и хранится.

На втором этапе замыкают реле 4 и 5. Суммарный ток утечки от основного источника 1 по цепи - реле 4 - стабилитрон 6 и ток от дополнительного источника 8 - через сопротивление 7 и стабилитрон 6 поступает на делитель 9-10 напряжения, а затем на схему 11, т.е. на АЦП 12 и контроллер 13, где запоминается и хранится.

В контроллере 13 производится вычитание значений напряжения, поступившего от основного источника, и суммарного напряжения от включенных одновременно источников 1 и 8. Разница сравнивается с допустимым значением напряжения утечки и при превышении последнего результат сравнения индицируется на индикаторе 14.

В сравнении с прототипом заявляемые способ и устройство позволяют при включенном основном источнике напряжения питания и достаточно простой схеме устройства точно определить наличие утечки.

Изобретения относятся к измерительной технике. Технический результат: обеспечение возможности контроля сопротивления изоляции без отключения рабочего источника при упрощении средств измерения и повышении точности контроля. Сущность: к нагрузке прикладывают постоянное напряжение от основного источника питания и измеряют ток утечки в линии питания. Затем при включенном основном источнике напряжения питания прикладывают к линии напряжение питания от дополнительного источника питания и снова измеряют суммарный ток утечки в линии питания. Определяют разность произведенных замеров и сравнивают полученную величину с допустимым значением утечки. Устройство содержит основной источник напряжения, подключенный к линии подачи напряжения питания на нагрузку (например, датчик давления). Плюсовой вывод источника подключен через коммутирующее устройство к минусовому выводу дополнительного источника напряжения. Второй выход коммутирующего устройства подключен к плюсовому выводу стабилитрона, соединенного минусовым выводом с плюсовым выводом дополнительного источника и с входом делителя напряжения. Делитель соединен со схемой анализа результатов измерения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке, заключающийся в том, что подают контрольный сигнал на контролируемую линию, принимают ответный сигнал, запоминают его, анализируют его и индицируют, отличающийся тем, что в контролируемой линии при включенном основном источнике напряжения питания нагрузки замеряют ток утечки в линии подачи, затем на контролируемую линию при включенном основном источнике подают одновременно напряжение дополнительного источника, снова замеряют ток утечки в линии подачи, запоминают замеренные сигналы и в качестве контрольного сигнала используют разностный сигнал, получаемый вычитанием сигналов при первом и втором замерах, для анализа сравнивают полученный разностный сигнал с допустимым значением тока утечки и по результатам сравнения судят о наличии или отсутствии утечки.2. Устройство контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке, включающее в себя схему формирования контрольного сигнала, подключенную к контролируемой линии, связанной с делителем напряжения, запоминающее устройство для сохранения замеренных значений контрольного сигнала с контролируемой линии, связанной со схемой анализа результатов измерений, и схему индикации результатов анализа, отличающееся тем, что схема формирования контрольного сигнала включает в себя основной источник напряжения питания, соединенный с линией подачи напряжения питания к нагрузке, и дополнительный источник напряжения, связанный минусовым выводом с плюсовым выводом основного источника через коммутирующее устройство, подключенное выходом к плюсовому выводу стабилитрона, соединенного минусовым выводом с плюсовым выводом дополнительного источника и с входом делителя напряжения, соединенного выходом со схемой анализа результатов измерения, состоящей из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, запоминающего устройства, вычислительного устройства и схемы сравнения, выход которой подключен к схеме индикации.