СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА КОРПУС СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ Российский патент 2013 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой, а именно к микропроцессорным системам управления и диагностики тепловозов.

Известен способ измерения электрического сопротивления изоляции электрических цепей, находящихся под напряжением постоянного тока, 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. (RU, патент №2200329, кл. G01R 27/16, G01R 27/18, опубл. 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.

Известен способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока, принятый за прототип, основанный на подключении к полюсам цепи постоянного тока цепи резисторов, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов, включении в место соединения резисторов между собой первого конца измерительной цепи, состоящей из последовательно включенных источника измерительного напряжения и измерителя тока, подключении второго конца измерительной цепи к элементу заземления, определении измерительного тока в измерительной цепи, с целью исключения погрешности измерения от тока небаланса в цепи резисторов, подключают к полюсам цепи постоянного тока два резистора, имеющих одинаковую величину сопротивления, включают источник измерительного напряжения то в одной полярности, то в противоположной полярности полюсов, определяют абсолютные по величине значения измерительного тока, определяют эквивалентный измерительный ток, как половину суммы двух абсолютных по величине значений измерительного тока, измеренных последовательно по времени при разной полярности источника измерительного напряжения, определяют эквивалентное сопротивление цепи равных по величине резисторов, как половину величины одного резистора, делят величину напряжения измерительного источника на величину эквивалентного измерительного тока и вычитают от значения, полученного в результате этого деления, значение величины эквивалентного сопротивления цепи резисторов. (RU, патент №2384855, кл. G01R 27/18, опубл. 2010 г).

Недостатками известного способа являются ненадежность и невозможность устойчивой работы в системах с быстро изменяющимся напряжением в сети из-за отсутствия возможности одновременного осуществления измерений сопротивления изоляции и защиты цепей от пробоя изоляции на корпус в связи с отсутствием постоянного измерения.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и устойчивости способа за счет контроля состояния 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 в способе измерения сопротивления изоляции и защиты от замыканий на корпус силовых цепей тепловозов, основанном на подключении к полюсам цепи постоянного тока цепи из двух последовательно соединенных резисторов, в место соединения резисторов между собой подключены одни концы двух измерительных цепей, первая измерительная цепь включает резистор, датчик напряжения и диод, вторая измерительная цепь включает второй резистор, второй датчик напряжения и второй диод, включенный в полярности, обратной относительно первой измерительной цепи, другие концы первой и второй измерительных цепей подключены к элементу заземления, в процессе измерения производят замер падений напряжения на резисторах в первой и второй измерительных цепях, производят замер напряжения на полюсах цепи постоянного тока, по этим параметрам рассчитывают сопротивления изоляции отдельно положительной и отрицательной цепей и при снижении одного из этих сопротивлений до заданного порогового значения, считают что произошел пробой изоляции соответствующей цепи и принимают решение об осуществлении защиты путем снятия возбуждения с генератора, питающего силовую цепь тепловоза.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для осуществления способа измерения сопротивления изоляции и защиты от замыканий на корпус силовых цепей тепловозов.

Два последовательно соединенных резистора R₁ и R₂ подключают между положительным и отрицательным полюсами цепи, к которой подключен датчик напряжения ДН. К месту соединения резисторов R₁ и R₂ подключены одним концом две измерительные цепи. Первая цепь состоит из резистора R∂₁, датчика напряжения ДН₁ и диода Д₁ подключенного анодом к элементу заземления. Вторая цепь состоит из второго резистора R∂₂, второго датчика напряжения ДН₂ и второго диода Д₂, подключенного катодом к элементу заземления.

Способ осуществляется следующим образом: Напряжение U, имеющееся в момент измерения в силовой цепи, контролируют датчиком напряжения ДН, подключенным между положительным и отрицательным полюсами цепи. Датчик напряжения ДН₁ в первой измерительной цепи контролирует падение напряжения U⁺ на резисторе R∂₁, обусловленное протеканием через эту цепь тока утечки изоляции плюсового полюса. Датчик напряжения ДН₂ во второй измерительной цепи контролирует падение напряжения U на резисторе R∂₂, обусловленное протеканием через эту цепь тока утечки изоляции минусового полюса. Расчет сопротивления изоляции отдельно плюсового R⁺ и отдельно минусового R^- полюсов осуществляется в соответствии со следующими выражениями:

$$R^{+}=\frac{U^{-}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_1-U^{+}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_2+U{R}_{1}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{+}{R}_{2}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{+}{R}_{1}R{\partial }_{1}R{\partial }_2}{U^{+}R{\partial }_2\left(R_1+R_2\right)}$$

$$R^{-}=\frac{U^{+}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_2-U^{-}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_1+U{R}_{2}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{-}{R}_{2}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{-}{R}_{1}R{\partial }_{1}R{\partial }_2}{U^{-}R{\partial }_1\left(R_1+R_2\right)}$$

Защитная функция осуществляется путем снятия возбуждения с тягового генератора (на чертеже не показана), питающего силовую цепь в случае снижения любого из расчетных сопротивлений R⁺ или R^- ниже заданных порогов. Отношение номиналов резисторов R₁ к R₂ выбирают больше или равным двум, что бы обеспечить срабатывание защиты при одновременном пробое на корпус положительной и отрицательной цепей.

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.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой, а именно к микропроцессорным системам управления и диагностики тепловозов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и устойчивости способа за счет контроля состояния 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 в способе измерения сопротивления изоляции и защиты от замыканий на корпус силовых цепей тепловозов, основанном на подключении к полюсам цепи постоянного тока цепи из двух последовательно соединенных резисторов, в место соединения резисторов между собой подключены одни концы двух измерительных цепей, первая измерительная цепь включает резистор, датчик напряжения и диод, вторая измерительная цепь включает второй резистор, второй датчик напряжения и второй диод, включенный в полярности, обратной относительно первой измерительной цепи, другие концы первой и второй измерительных цепей подключены к элементу заземления, в процессе измерения производят замер падений напряжения на резисторах в первой и второй измерительных цепях, производят замер напряжения на полюсах цепи постоянного тока, по этим параметрам рассчитывают сопротивления изоляции отдельно положительной и отрицательной цепей и при снижении одного из этих сопротивлений до заданного порогового значения считают, что произошел пробой изоляции соответствующей цепи, и принимают решение об осуществлении защиты путем снятия возбуждения с генератора, питающего силовую цепь тепловоза. 1 ил.

Способ измерения сопротивления изоляции и защиты от замыканий на корпус силовых цепей тепловозов, основанный на подключении к полюсам цепи постоянного тока цепи из двух последовательно соединенных резисторов, отличающийся тем, что в место соединения резисторов между собой подключены одни концы двух измерительных цепей, первая измерительная цепь включает резистор, датчик напряжения и диод, вторая измерительная цепь включает второй резистор, второй датчик напряжения и второй диод, включенный в полярности, обратной относительно первой измерительной цепи, другие концы первой и второй измерительных цепей подключены к элементу заземления, в процессе измерения производят замер падений напряжения на резисторах в первой и второй измерительных цепях, производят замер напряжения на полюсах цепи постоянного тока, по этим параметрам рассчитывают сопротивления изоляции отдельно положительной и отрицательной цепей в соответствии со следующими выражениями:
$$R^{+}=\frac{U^{-}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_1-U^{+}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_2+U{R}_{1}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{+}{R}_{2}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{+}{R}_{1}R{\partial }_{1}R{\partial }_2}{U^{+}R{\partial }_2\left(R_1+R_2\right)},$$
$$R^{-}=\frac{U^{+}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_2-U^{-}{R}_1{R}_{2}R{\partial }_1+U{R}_{2}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{-}{R}_{2}R{\partial }_{1}R{\partial }_2-U^{-}{R}_{1}R{\partial }_{1}R{\partial }_2}{U^{-}R{\partial }_1\left(R_1+R_2\right)},$$
где R⁺ - сопротивление изоляции плюсового полюса;
R^- - сопротивление изоляции минусового полюса;
R∂₁, R∂₂ - сопротивления резисторов первой и второй измерительных цепей соответственно;
R₁, R₂ - сопротивления резисторов делителя;
U - напряжение в силовой цепи;
U⁺ - падение напряжения на резисторе R∂₁;
U^- - падение напряжения на резисторе R∂₂,
и при снижении одного из этих сопротивлений до заданного порогового значения, считают, что произошел пробой изоляции соответствующей цепи и принимают решение об осуществлении защиты путем снятия возбуждения с генератора, питающего силовую цепь тепловоза.