КОММУТАТОР ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЦЕПЕЙ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИЗДЕЛИЯ ПРИ ИХ СБОРКЕ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/02 

Коммутатор измерительного прибора для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке (далее - коммутатор измерительного прибора) относится к технологическому оборудованию и может быть использован в процессе сборке и технологической подготовки электротехнических систем различных изделий перед их первым включением для настройки или электрических испытаний.

Любая электротехническая система изделия (и изделие в целом) в процессе сборки подвергается обязательным контрольным операциям, предусматривающим измерение сопротивления между шинами питания и сопротивления изоляции каждой шины питания относительно корпуса изделия при обеих полярностях подключения измерительных приборов (омметра и мегомметра) и, по совокупности результатов измерений, - последующей оценке пригодности к продолжению сборки или к ее первому включению для проверки работоспособности (функционирования). Предусматриваются шесть измерений с учетом измерений при смене полярности измерительного напряжения. Такие проверки повторяются каждый раз после подключения к электротехнической системе изделия очередного кабеля или прибора. За время сборки любой электротехнической системы изделия требуется проводить десятки таких измерений. Это затягивает процесс сборки электротехнической системы и изделия в целом.

Близкий аналог предлагаемому коммутатору измерительного прибора может быть выполнен по аналогии с коммутатором из [1]. Подключение измерительного прибора с помощью такого коммутатора может производиться поочередно к обесточенным шинам питания и к корпусу изделия по мере сборки электротехнической системы изделия, при этом обеспечивается контроль сопротивления нагрузки между шинами питания, отсутствие обрыва шин питания или короткого замыкания между ними, а также сопротивление гальванических связей между каждой из шин питания и корпусом изделия при обеих полярностях измерительного напряжения.

При использовании измерительных приборов в режиме омметра и мегомметра в процессе контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке конденсаторы электротехнической системы этого изделия, связанные с шинами питания и корпусом изделия, перезаряжаются с изменением полярности напряжения на них, что для электролитических конденсаторов недопустимо, в частности - для конденсаторов, установленных между шинами питания. Кроме того, процесс измерения сопротивления изоляции между шинами питания и корпусом изделия за счет медленного перезаряда упомянутых конденсаторов при малых измерительных токах занимает относительно много времени.

Более того, при проверке сопротивления между шинами питания с помощью низковольтного омметра и проверке сопротивления изоляции цепей питания относительно корпуса изделия с помощью высоковольтного мегомметра в случае ошибки при их подключении вероятность повреждения низковольтной элементной базы изделия существенно возрастает.

Перечисленные обстоятельства составляют комплекс недостатков такого устройства при его использовании.

В качестве прототипа по исполнению применительно к предложенному устройству можно принять схему коммутатора по [2], содержащую три входные цепи, две выходные цепи и многопозиционный переключатель.

Однако коммутатор измерительного прибора, выполненный на основе схемы прототипа, обладает всеми перечисленными недостатками. Кроме того, в электротехнической системе, имеющей протяженные цепи питания и длинные измерительные цепи, в процессе сборки всегда возникают помехи за счет электростатических эффектов или за счет паразитных связей цепей питания измерительных приборов с промышленными сетями, способные повлиять на результаты измерений, на качество электролитических конденсаторов, включенных между шинами питания приборов собираемой электротехнической системы, и на иную, особенно - низковольтную, элементную базу, что снижает надежность аппаратуры, может повлиять на ресурс работы изделия в целом и даже привести к отказу.

Задачей изобретения является уменьшение количества контрольных измерений, и, как следствие, увеличение производительности контроля, исключение влияния помех по цепям подключения измерительного прибора на надежность собираемой электротехнической системы изделия, а также увеличение объективности и достоверности контроля, выявление ошибок и дефектов в собираемой электротехнической системе изделия.

Эта задача решается тем, что в коммутатор измерительных приборов для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке, содержащий три входные цепи, две выходные цепи, переключатель, введены два низкоомных резистора R1 и R2, диод, третья и четвертая выходные цепи, при этом переключатель применен на четыре направления с контактными группами на три положения, при этом первая входная цепь предназначена для подключения к шине питания «плюс» изделия и соединена с подвижным контактом первой контактной группы переключателя, вторая входная цепь предназначена для подключения к шине питания «минус» изделия и соединена с подвижным контактом второй контактной группы переключателя, третья входная цепь предназначена для подключения к корпусу изделия и соединена с подвижным контактом третьей контактной группы переключателя, первая выходная цепь предназначена для подключения первого вывода первого измерительного прибора (омметра) и соединена со средним неподвижным контактом первой контактной группы переключателя, вторая выходная цепь предназначена для подключения второго вывода первого измерительного прибора (омметра) и соединена со средним неподвижным контактом второй контактной группы, первый и третий неподвижные контакты первой контактной группы соединены с одним выводом первого низкоомного резистора R1, первый и третий неподвижные контакты второй контактной группы соединены с одним выводом второго низкоомного резистора R2, другие выводы упомянутых низкоомных резисторов соединены с подвижным контактом четвертой контактной группы, первый неподвижный контакт четвертой контактной группы соединен с третьим неподвижным контактом третьей контактной группы и с третьей выходной цепью, предназначенной для подключения первого вывода второго измерительного прибора (мегомметра), первый неподвижный контакт третьей контактной группы соединен с третьим неподвижным контактом четвертой контактной группы и с четвертой выходной цепью, предназначенной для подключения второго вывода второго измерительного прибора (мегомметра), катод диода соединен с первой выходной цепью, анод диода соединен со второй выходной цепью.

Кроме того, низкоомные резисторы R1 и R2 применены с разными номиналами по сопротивлению и при этом каждое из них меньше эквивалентного сопротивления нагрузки R_Н на шины питания электротехнической системы изделия (R1≠R2)<R_Н. При этом сопротивление одного из резисторов может быть уменьшено до нуля.

Технический результат предложенного изобретения достигается при его использовании за счет того, что, во-первых, для объективного контроля состояния цепей питания собираемой электротехнической системы изделия требуются всего три операции вместо шести, что обеспечивает повышение производительности. Во-вторых, в исходном состоянии реле измерительный прибор (омметр) подключен к шинам питания собираемой электротехнической системы изделия и контролирует сопротивление между ними в процессе подключения кабелей и приборов к собираемой электротехнической системе изделия, что позволяет обнаружить дефект в момент его проявления, и не позволяет накапливаться статическому электричеству на выводах измерительного прибора. В-третьих, проверка сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса изделия на соответствие конструкторской документации производится при замкнутых между собой через низкоомные сопротивления шинах питания при одной и при другой полярности подключения измерительного напряжения к шинам питания относительно корпуса изделия, что исключают появление напряжения любой полярности между шинами питания при этой проверке. Кроме того, сохранение надежности собираемой электротехнической системы обеспечивает диод, защищающий шины питания от попадания на них постоянного, переменного или импульсного напряжения, содержащего составляющую обратной полярности. Этот диод не влияет на результаты остальных измерений и при этом позволяет проверить правильность распайки цепей кабелей питания электротехнической системы до подключения к ним приборов.

Кроме того, измерительный прибор (омметр), будучи подключенным к цепям питания собираемой электротехнической системы изделия через данный коммутатор при измерениях многократно и безошибочно переключается между этим же цепям питания и корпусом изделия с помощью этого же коммутатора. Это исключает любую ошибку его подключения, способную оказать вредное воздействие на элементы собираемой электротехнической системы изделия, в то же время сами измерения достоверны, носят объективный характер и позволяют определить любой дефект в цепях питания в процессе сборки электротехнической системы изделия - короткое замыкание, обрыв, недопустимую связь с корпусом изделия, отклонение от требований технической документации. Анализ результата измерения сопротивления короткого замыкании любой шины питания на корпус изделия однозначно подскажет, которая из шин питания замкнута на корпус изделия.

На фиг.1 приведена схема предложенного коммутатора измерительных приборов для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

XP1, XP2 и XP3-входные цепи устройства, обеспеченные, при необходимости, соединителями для подключения к цепям питания и к корпусу собираемой электротехнической системы изделия;

XS1, XS2 и XS3, XS4 - выходные цепи устройства или условные соединители (гнезда) для подключения измерительных приборов - омметра и мегомметра;

SA - переключатель на четыре направления SA.1, SA.2, SA.3 и SA.4 и три положения,

1, 2, 3 - неподвижные контакты каждого направления SA.1, SA.2, SA.3 и SA.4 переключателя SA,

2′ - подвижные контакты переключателя SA каждого направления,

R1, R2 - низкоомные резисторы,

VD - диод.

Выполнено устройство следующим образом.

Первая входная цепь XP1 предназначена для подключения к шине питания «плюс» изделия и соединена с подвижным контактом 2′ первой контактной группы SA.1, вторая входная цепь XP2 предназначена для подключения к шине питания «минус» изделия и соединена с подвижным контактом 2′ второй контактной группы SA.2, третья входная цепь ХРЗ предназначена для подключения к корпусу изделия и соединена с подвижным контактом 2′ третьей контактной группы SA.3, первая выходная цепь XS1 предназначена для подключения первого вывода первого измерительного прибора и соединена с неподвижным контактом 2′ первой контактной группы SA.1, вторая выходная цепь XS2 предназначена для подключения второго вывода первого измерительного прибора и соединена с неподвижным контактом 2′ второй контактной группы, первый 1 и третий 3 неподвижные контакты первой контактной группы SA.1 соединены с одним выводом первого низкоомного резистора R1, первый 1 и третий 3 неподвижные контакты второй контактной группы SA.2 соединены с одним выводом второго низкоомного резистора R2, другие выводы низкоомных резисторов R1 и R2 соединены с подвижным контактом 2′ четвертой контактной группы SA.4, первый неподвижный контакт 1 четвертой контактной группы SA.4 и третий неподвижный контакт 3 третьей контактной группы SA.3 соединены с третьей выходной цепью XS3, предназначенной для подключения первого вывода второго измерительного прибора, третий неподвижный контакт 3 четвертой контактной группы SA.4 и первый неподвижный контакт 1 третьей контактной группы SA.3 соединены с четвертой выходной цепью XS4, предназначенной для подключения второго вывода второго измерительного прибора, катод диода VD соединен с первой выходной цепью, анод диода VD соединен со второй выходной цепью.

Кроме того, низкоомные резисторы R1 и R2 могут быть применены с разными номиналами по сопротивлению и при этом каждое из них меньше эквивалентного сопротивления нагрузки Rн на шины питания электротехнической системы изделия (R1≠R2)<Rн. При этом сопротивление одного из резисторов R1 или R2 может быть уменьшено до нуля.

При подготовке устройства к работе с электротехнической системой изделия в процессе ее сборки первая входная цепь XP1 устройства подключается к шине питания «плюс» собираемой электротехнической системы изделия, вторая входная цепь ХР2 подключается к шине питания «минус», третья входная цепь ХР3 - к корпусу изделия (на схеме фиг.1 не показаны). К первой выходной цепи XS1 устройства подключается вход первого измерительного прибора (омметра), имеющий положительный потенциал в режиме измерения сопротивления, ко второй выходной цепи XS2 подключается второй вход этого прибора, имеющий отрицательный потенциал. К третьей XS3 и к четвертой XS4 выходным цепям подключаются входы второго измерительного прибора (мегомметра). Это - исходное состояние оборудования, готового к проведению контрольных измерений в процессе сборки электротехнической системы изделия и подготовки ее к первому включению.

В зависимости от особенностей собираемой электротехнической системы изделия вместо омметра может использоваться универсальный измерительный прибор, способный (при необходимости) в процессе сборки электротехнической системы изделия измерять емкости конденсаторов, подключенных к шинам питания, либо комплексное сопротивление между цепями питания и т.п.

В процессе измерений одним переключателем переключаются омметр для проверки сопротивления между шинами питания и мегомметр для проверки сопротивления изоляции между объединенными шинами питания и корпусом изделия.

Работает предложенное устройство, будучи подключенным к собираемой, но не подключенной к источнику питания электротехнической системе изделия совместно с низковольтным (1-5) В омметром и высоковольтным (до 100 В и более) мегомметром, следующим образом.

В исходном (среднем) состоянии переключателя SA согласно фиг.1 омметр, подключенный к шинам питания собираемой электротехнической системы изделия через нормально замкнутые контакты 2′-2 контактных групп SA.1 и SA.2, будет показывать текущее значение сопротивления нагрузки между шинами питания, например обрыв. Если значение этого сопротивления в процессе сборки электротехнической системы изделия находится в допустимых пределах для данного изделия на данном этапе сборки, можно проверять сопротивление изоляции шин питания относительно корпуса изделия. Если - нет, то требуется найти и устранить причину несоответствия.

Для проверки сопротивления изоляции между шинами питания электротехнической системы изделия (вместе с элементами, включенными между этими шинами питания, например, с исполнительными органами, вторичными источниками питания и др.) и корпусом изделия на соответствие требованиям конструкторской документации, достаточно переключатель SA поочередно установить в крайние положения. При этом в одном положении переключателя SA (верхнее на фиг.1) через замыкающиеся контакты 2′ и 1 групп контактов SA.1 и SA.2 шины питания соединяются между собой через два последовательно соединенных низкоомных резистора R1 и R2, средняя точка этих резисторов через контакты 2′ и 1 группы контактов SA.4 соединяется с положительным выводом мегомметра, подключенного к третьей выходной цепи XS3 устройства, а отрицательный вывод мегомметра, подключенного к четвертой выходной цепи XS4 устройства, соединяется с корпусом изделия через контакты 2′ и 1 группы контактов SA.3. В этом положении переключателя SA проверяется сопротивление изоляции между объединенными шинами питания и корпусом изделия при положительном потенциале измерительного напряжения на шинах питания электротехнической системы изделия.

При установке переключателя SA в другое крайнее положение (нижнее на фиг.1) по аналогии проверяется сопротивление изоляции между объединенными шинами питания и корпусом изделия при отрицательном потенциале измерительного напряжения на шинах питания.

Если сопротивление изоляции между корпусом и шинами питания в норме, можно приступать к подключению к собираемой системе следующего кабеля либо прибора, после подключения которых измерения повторяются. И так далее, до окончания сборки электротехнической системы изделия.

Если сопротивление изоляции между шинами питания и корпусом изделия не в норме, требуется разбор замечания и устранение его причины. После устранения причины замечания сборка электротехнической системы изделия может быть продолжена.

Короткое замыкание любой шины питания собираемой электротехнической системы изделия на корпус изделия может быть идентифицировано по значению измеренного сопротивления между корпусом изделия и общей точкой сопротивлений R1 и R2. При этом в случае появления короткого замыкания любой шины питания на корпус изделия мегомметр, подключенный к выходным цепям XS3 и XS4 следует заменить омметром. Для примера примем R1=10 Ом и R2=20 Ом, хотя номиналы этих сопротивлений могут быть иными, но должны быть значительно меньше, чем эквивалентное сопротивление нагрузки Rн приборов, подключенных к шинам питания собираемой электротехнической системы изделия. В этом случае при коротком замыкании на корпус изделия шины «минус» омметр, подключенный к третьей и четвертой выходным цепям вместо мегомметра, покажет сопротивление не более 20 Ом, а при коротком замыкании на корпус шины «плюс» - не более 10 Ом. Анализ результата измерения однозначно подскажет, которая из шин питания замкнулась на корпус изделия. При проектировании предложенного устройства в целом соотношение (R1≠R2)<Rн должно быть учтено, чтобы сопротивление нагрузки Rh (фактически - «третье сопротивление», дополняющее сопротивления R1 и R2 до замкнутого треугольника R1-R2-Rн-R1) не осложняло анализ результатов измерений.

После устранения причины замечания сборка электротехнической системы изделия может быть продолжена.

Кроме того, данное устройство, будучи подключенным к собираемой, но не подключенной к источнику питания электротехнической системе изделия, обеспечивает проверку схем уже проложенных на изделии кабелей питания электротехнической системы изделия еще до подключения к ним приборов (если предусмотрена именно такая технологическая последовательность сборки конкретной электротехнической системы изделия). Для этого достаточно оставить переключатель SA в исходном положении и проверить омметром сопротивление между цепями питания непосредственно на контактах всех удаленных соединителей кабелей питания с учетом односторонней проводимости диода VD, подключенного к шинам питания изделия. При этом обнаруживаются любые ошибки распайки цепей кабелей питания, в том числе обрывы, замыкания и неправильные соединения.

После окончания сборки электротехнической системы изделия и при положительных результатах проверки состояния шин питания и электрических связей этих шин с корпусом изделия переключатель SA устанавливается в исходное состояние, измерительные приборы отключаются от выходных цепей XS1-XS4 устройства (либо устройство в целом отключается от собранной электротехнической системы изделия). После этого на шины питания электротехнической системы изделия может быть подано штатное напряжение питания и начата проверка ее работоспособности.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренном автором устройстве для выполнения таких измерений не встречалась для решения поставленной задачи, и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень”.

Примечание. Порядок следования функционального назначения положений переключателя может быть иными, например, исходное положение может быть, например, первым. Для этого связи входных и выходных цепей устройства с контактами переключателя на фиг.1 должны быть соответствующим образом изменены. От этого новизна и работоспособность предложенного устройства при его использовании не изменятся.

Для практической реализации предложенного коммутатора измерительных приборов могут быть использованы переключатели типа ЗП4Н [1], а резисторы и диод - любого типа.

Данный коммутатор измерительного прибора может быть выполнен в виде самостоятельного приспособления либо введен в состав измерительного стенда либо в состав электротехнической системы изделия как ее составная часть. В последнем случае устройство может быть использовано как в процессе сборки, так и в процессе эксплуатации изделия во время проведения модернизации, регламентных и ремонтных работ.

В настоящее время предложенное устройство находятся на стадии отработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дубинский Г.Н., Левин Л.Г. Наладка устройств электронаблюдения напряжения свыше 1000 В. - М.: «СОЛОН-пресс», 2005 г.; с.298, рис.13.

2. Куликов Г.В., Хабаров Б.П. Ремонт измерительных приборов. - М.: «СОЛОН-Р», 2000 г.; с.58, рис.3.3.

3. Томас Р.К. Коммутационные устройства. Справочное пособие. Радиобиблиотека, вып.1045. 1982 г. (Переключатели ПГ2 или ПГ3 типа 6П2Н, 3П4Н и др.)

Изобретение относится к области технологических устройств и может быть использовано при контроле цепей питания электротехнической системы. Технический результат: увеличение производительности, исключение влияния помех и ошибок подключения измерительного прибора на надежность собираемой электротехнической системы изделия, обеспечение объективности и достоверности контроля и выявление ошибок или дефектов в собираемой электротехнической системе изделия, в том числе - идентификацию короткого замыкания любой из шин питания электротехнической системы изделия на его корпус. Сущность: устройство содержит три входные цепи (для подключения к шинам питания и к корпусу изделия) и четыре выходные цепи для подключения измерительных приборов (омметра и мегомметра), переключатель на три положения и четыре направления, диод и два низкоомных резистора R1 и R2 с разными номиналами по сопротивлению и существенно меньшими эквивалентного сопротивления нагрузки Rh на шины питания (R1≠2)<Rн и электрические связи между элементами устройства, обеспечивающие безопасное проведение контроля качества цепей питания электротехнической системы изделия в процессе ее сборки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Коммутатор измерительных приборов для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке, содержащий три входные цепи, две выходные цепи и переключатель, отличающийся тем, что в него введены два низкоомных резистора R1 и R2, диод, третья и четвертая выходные цепи, переключатель применен на четыре направления с контактными группами на три положения, при этом первая входная цепь предназначена для подключения к шине «плюс» изделия и соединена с подвижным контактом первой контактной группы, вторая входная цепь предназначена для подключения к шине «минус» изделия и соединена с подвижным контактом второй контактной группы, третья входная цепь предназначена для подключения к корпусу изделия и соединена с подвижным контактом третьей контактной группы, первая выходная цепь предназначена для подключения первого вывода измерительного прибора и соединена со средним неподвижным контактом первой контактной группы, вторая выходная цепь предназначена для подключения второго вывода измерительного прибора и соединена со средним неподвижным контактом второй контактной группы, первый и третий неподвижные контакты первой контактной группы соединены с одним выводом первого низкоомного резистора R1, первый и третий неподвижные контакты второй контактной группы соединены с одним выводом второго низкоомного резистора R2, другие выводы упомянутых низкоомных резисторов соединены с подвижным контактом четвертой контактной группы, первый неподвижный контакт четвертой контактной группы соединен с третьим неподвижным контактом третьей контактной группы и с третьей выходной цепью, предназначенной для подключения первого вывода второго измерительного прибора, первый неподвижный контакт третьей контактной группы соединен с третьим неподвижным контактом четвертой контактной группы и с четвертой выходной цепью, предназначенной для подключения второго вывода второго измерительного прибора, катод диода соединен с первой выходной цепью, анод диода соединен со второй выходной цепью.

2. Коммутатор измерительных приборов для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке по п.1, отличающийся тем, что низкоомные резисторы R1 и R2 выполнены с разными номиналами по сопротивлению между собой и оба по сопротивлению меньше эквивалентного сопротивления нагрузки Rн на шины питания (R1≠R2)<Rн, при этом сопротивление одного из резисторов может быть уменьшено до нуля.