СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Российский патент 2019 года по МПК G01R27/16 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а именно к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической цепи переменного тока, находящейся под рабочим напряжением.

Известно устройство контроля сопротивления изоляции электрической цепи переменного тока (патент РФ №2509314 на изобретение от 06.06.2012 г.). Сущность изобретения заключается в том, что на сопротивление изоляции контролируемой сети от источника опорного напряжения через преобразователь подается стабилизированный ток. На дифференциальный усилитель поступает напряжение, равное произведению стабилизированного тока на сумму сопротивления фильтра и сопротивления изоляции, который вычитает из него напряжение, пропорциональное сопротивлению фильтра, в результате чего на его выходе остается напряжение, пропорциональное сопротивлению изоляции контролируемой сети, которое подается на индикатор и компараторы аварийной и предупредительной сигнализации.

Недостатком данного способа является низкая точность измерения, обусловленная низкой точностью величины стабилизированного тока, и низкая безопасность измерения из-за отсутствия гальванической изоляции с испытываемой электрической цепью.

Известен способ измерения электрического сопротивления изоляции, выбранный в качестве прототипа (патент РФ №2200329 на изобретение от 20.12.2000 г.). Сущность изобретения заключается в том, что параллельно измеряемой цепи подключается конденсатор известного номинала, измеряется постоянная времени переходного процесса и с учетом измеренных начального и конечного значений напряжений в контролируемых точках определяются параметры изоляции цепи. При этом обеспечивается гальваническая развязка измеряемой и измерительной цепей.

Недостатком данного способа является низкая точность измерения, обусловленная отличием фактической емкости измерительного конденсатора от его паспортной величины из-за технологического разброса при его изготовлении и изменения его значения от температуры и времени работы, и невозможность использования в сетях переменного тока, а также в цепях, которые в момент измерения не находятся под напряжением.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении высокой точности и безопасности процесса измерения за счет предварительного определения емкости измерительного конденсатора и разделения контролируемой и измерительных цепей.

Для достижения указанного технического результата способ измерения сопротивления изоляции электрической цепи, заключающийся в том, что измерительный конденсатор известной емкости с помощью ключей подключают к измеряемой цепи и измеряют параметры переходного процесса в точках шунтирования и по ним вычисляют величину сопротивления изоляции измеряемой цепи, при этом величину сопротивления изоляции измеряемой цепи вычисляют по формуле а в исходном состоянии измеряют начальную величину заряда измерительного конденсатора, затем производят его заряд от независимого источника напряжения и по параметрам переходного процесса рассчитывается действительная емкость конденсатора по формуле

Изобретение поясняется схемой:

- фиг. 1 - Устройство измерения сопротивления изоляции электрической цепи, где:

- 1 - коммутирующие ключи;

- 2 - коммутирующие ключи;

- 3 - коммутирующие ключи;

- 4 - микроконтроллер;

- 5 - конденсатор (С_изм);

- 6 - усилитель;

- 7 - источник напряжения;

- 8 - ограничительный резистор заряда конденсатора 5 (R_огр);

- 9 - сопротивление изоляции (R_изол);

- 10 - трехфазная электрическая сеть переменного напряжения;

- 11 - ограничительный резистор разряда конденсатора 5 (R_раз);

- 12 - внешнее устройство.

Функционирование заявляемого изобретения происходит следующим образом (измерение параметров переходного процесса в точках шунтирования):

В начальный момент времени ключи 1, 2, и 3, управляемые микроконтроллером 4 разомкнуты.

Далее микроконтроллер 4 замыкает ключи 3, подключает конденсатор 5 (не разряженный до нуля вольт) к усилителю 6, выход которого подключен к входу встроенного в микроконтроллер 4 аналого-цифрового преобразователя (АЦП), с помощью которого происходит измерение величины напряжения конденсатора 5 U_к.нач, предварительно согласованной до допустимого уровня усилителем 6. После этого микроконтроллер 4 замыкает ключи 1 на время (где R_зар - величина ограничительного резистора 8 до заряда конденсатора 5, С - величина емкости конденсатора 5). Происходит заряд конденсатора 5 от источника напряжения 7 через ограничительный резистор 8. После окончания периода времени микроконтроллер 4 отключает ключи 1. Далее происходит измерение величины напряжения конденсатора 5 Затем микроконтроллер 4 вновь замыкает ключи 1 на время (где - величина ограничительного резистора 8, С - величина емкости конденсатора 5) и заряжает конденсатор 5 до величины, равной напряжению источника 7 После этого микроконтроллер 4 отключает ключи 1 и измеряет величину напряжения конденсатора 5

Далее рассчитывается емкость конденсатора 5 по формуле (1):

С - величина емкости конденсатора 5;

- время заряда конденсатора 5 от источника напряжения 7 через ограничительный резистор 8;

- величина ограничительного резистора 8 до заряда конденсатора 5;

- величина напряжения, до которого заряжен конденсатор 5 в начальный момент времени;

- величина напряжения, до которого заряжен конденсатор 5 за время

- величина напряжения, до которого заряжен конденсатор 5 за время

Далее микроконтроллер 4 размыкает ключи 3 и замыкает ключи 2, подключая конденсатор 5 к сопротивлению изоляции 9 электрической сети переменного тока 10 на время равное Происходит разряд конденсатора 5 на сопротивление изоляции сети 9 через резистор разряда 11. По истечении периода времени t_раз, кратное периоду изменения тока в измеряемой цепи, при использовании в цепях переменного тока, и отключения ключей 2, микроконтроллер 4 замыкает ключи 3 и производит измерение величины напряжения конденсатора 5

Далее рассчитывается сопротивление изоляции сети 9 R_изол по формуле (2):

- величина сопротивления изоляции сети 9;

- время разряда конденсатора 5 на сопротивление изоляции сети 9 через резистор разряда 11;

- величина напряжения, до которого заряжен конденсатор 5 за время t_раз;

- величина напряжения, до которого заряжен конденсатор 5 за время t_зар.2;

- величина ограничительного резистора 8 после заряда конденсатора 5.

После расчета сопротивления изоляции сети 9, микроконтроллер 4, в зависимости от его величины, управляет внешним устройством 12, в качестве которого могут выступать устройства индикации, сигнализации или исполнительные механизмы, которые могут быть подключены либо непосредственно к микроконтроллеру 4, либо через кодовые линии связи.

Измерение емкости измерительного конденсатора и разделение контролируемой и измерительных цепей обеспечивают высокую точность измерения и безопасность процесса измерения за счет измерения напряжения на конденсаторе определения реальной емкости конденсатора при каждом измерении и отключения от измерительных цепей конденсатора во время подключения его к измеряемой сети.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а именно к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока, находящейся под рабочим напряжением. Технический результат: повышение точности и безопасности процесса измерения за счет предварительного определения емкости измерительного конденсатора и разделения контролируемой и измерительных цепей. Сущность: измерительный конденсатор с помощью ключей подключают к измеряемой цепи. В исходном состоянии измеряют начальную величину заряда измерительного конденсатора. Затем производят его заряд от независимого источника напряжения и по параметрам переходного процесса рассчитывают действительную емкость конденсатора. Далее измеряют параметры переходного процесса разряда конденсатора на сопротивление изоляции цепи, вычисляют величину сопротивления изоляции цепи. 1 ил.

Способ измерения сопротивления изоляции электрической цепи, заключающийся в том, что измерительный конденсатор известной емкости с помощью ключей подключают к измеряемой цепи и измеряют параметры переходного процесса в точках шунтирования и по ним вычисляют величину сопротивления изоляции измеряемой цепи, отличающийся тем, что величину сопротивления изоляции измеряемой цепи вычисляют по формуле 1, в исходном состоянии измеряют начальную величину заряда измерительного конденсатора, затем производят его заряд от независимого источника напряжения и по параметрам переходного процесса рассчитывается действительная емкость конденсатора по формуле 2:

где R_изол - величина сопротивления изоляции сети;

t_pаз - время разряда конденсатора на сопротивление изоляции сети R_изол;

U_к.кон - величина напряжения, до которого заряжен конденсатор за время t_раз;

U_к.зар.2 - величина напряжения, до которого заряжен конденсатор за время t_зар.2;

R_раз - величина ограничительного резистора в цепи заряда конденсатора,

где С - величина емкости измерительного конденсатора;

t_зар.1 - время заряда конденсатора от источника напряжения до величины U_к.зар.1;

R_зар - величина ограничительного резистора в цепи заряда конденсатора;

U_к.нач - величина напряжения, до которого заряжен конденсатор в начальный момент времени;

U_к.зар.1 - величина напряжения, до которого заряжен конденсатор за время t_зар.1;

U_к.зар.2 - величина напряжения, до которого заряжен конденсатор за время t_зар.2.