Устройство для измерения сопротивления заземления Советский патент 1983 года по МПК G01R27/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению сопротивления заземления или сопротивления естественного контакта с грунтом различных электроустановок,Известно измерение сопротивления методом амперметра и вольтметра, который состоит в том, что оперативный переменный ток пропускают мажду исследуемым заэемлителем и вспомогательным электродом. Между другим вспомогательным электродом (потенциальным) и заземлителем измершот вели чину падения, напряжения и находят искомое сопротивление по закону Ома 1. , . К недостаткам устройства, реализу ющего данный способ, относятся необходимость забивки вспомогательных электродов. Зависимость результата измерения от удаленности- этих влект родов, а также невозможность измерения сопротивления естественного контакта с землей передвижных электроус тановок. Известно устройство для измерения сопротивления заземления, содержащее источник оперативного переменного то ка и измерительный мост, образованный тремя параллельными ветвями, две из которых содержат последовательно соединенные резистор и LC-цепочку, При этом емкость С создают за счет изолированной обкладки, закладываемо в грунт вблизи измеряемого заземлите ля. Настраивают в резонанс ветви с LC-элементами и из- условия балансиро ки этих ветвей с третьей ветвью опре деляют искомое сопротивление заземле ния 2 , Недостаток указанного устройства состоит в низкой точности измерений из-за ухода резонансной частоты на последующих этапах настройки ветвей измерительной схемы и недостаточной помехоустойчивости к блуждающим токам различных частот, циркулирующим в контуре заземления. Кроме того, значительное количество операций усложняет процесс -измерения. Наиболее близким к -предлагаемому является устройство для измерения сопротивления заземления, в котором оперативный ток непромышленной часто ты пропускают между токовыми электро дами, а к потенциальным электродам подключена измерительная схема, содержащая последовательно соединенные синхронный детектор, фильтр непромыш ленной частоты и усилитель постоянно го тока, к выходу которого подключен измерительный прибор 3 . . Недостатки известного устройства заключаются в необходимости вынесения потенциального электрода из зоны растекания тока, трудоемкости забивки электродов, а также в трудности |измерения сопротивления естественното.заземления передвижных электроустановок,Цель изобретения - повышение точности и упрощение устройства измерения , Поставле 1ная цель достигается тем, что. в устройство для измерения сопротивления заземления, содержащее генератор оперативного тока заданной частоты, один вывод которого подкл1рчен к выводу измеряемого сопротивления заземления, два фильтра заданной частоты, вход второго из них подключен к выходу указанного генератора, и измерительный прибор, введены подключенные к второму выводу генератора оперативного тока заданной частоты последовательно соединенные катушка индуктивности, дополнительный резистор и пластина, которая по отношению к земле образует емкость, последовательно соединенные первый управляемый усилитель, преобразователь переменного сигнала в постоянный и интегрирующий усилитель, последовательно соединенные вторые управляемый усилитель, преобразователь переменного .сигнала в постоянный и cyMiviaTop, выход которого подключен к измерительному прибору, последовательно соединенные первый формирователь прямоугольных импульсов, фазочувствительный усилитель и нуль-индикатор, последовательно соединенные фазовращающий блок и второй формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к второму входу фазочувствительного усилителя, блок задания уставки, причем первый выход последнего подключен к второму входу интегрируквдего усилителя, а второй - к второму входу сумматора, выход интегрирующего усилителя соединен с управлякядими входами обоих управляемых.усилителей, входы первого формирователя прямоугольных импульсов и первого управляемого усилителя через первый фильтр заданной частоты соединены с дополнительным резистором, а входы фазовращающего блока и второго управляемого усилителя подключены к выходу второго фильтра заданной частоты. На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Цепь оперативного тока включает последовательно соединенные измеряемое сопротивление 1 заземления, генератор 2 оперативного тока заданной частоты Юр, катушку 3 индуктивности, дополнительный резистор 4 и пластину 5, которая по отношению к земле образует емкость С, т,е, цепь оперативного тока содержит последовательный LC-контур, К дополнительному резистору 4 через первый фильтр б заданной частоты подключены последовательно соединенные первый формирователь 7

прямоугольных импульсов, фазочувст- витальный усилитель 8 (первый вход) и нуль-индикатор 9..

К генератору 2 через второй фильтр 10 заданной частоты подключены последовательно соединенные фазовращакяций 5 блок 11 и второй формирователь 12 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом фазочувст:вительного усилителя 8,

I Устройство также содержит подклю- .10 ченные к первому фильтру б згщанной частоты последовательно соединенные первый управляемый усилитель 13, первый преобразователь 14 переменного сигнала в постоянный, интегрирующий 5 усилитель 15 и подключенные к второму фильтру 10 заданной частоты последовательно соединенныевторой управляемый усилитель 16, второй преобразователь 17 переменного сигнала в ОП постоянный, сумматор 18 и измерительный прибор 19,

Блок 20 задания уставки подключен к вторым входам интегрирующего усилителя 15 и сумматора 18, Назначение фильтров б и 10 заданной частоты - выделять из частотного спектра сигналов, поступающих на вход измерительной части устройства, только сигналы заданной частоты ОУ. Фильт„ ры могут быть выполнены, например, в виде избирательных усилителей.

Блоки 7, 8, 9, 11 .и 12 предназначены для измерения фазового сдвига между током I и напряжением U задан- ной частоты ШрВ цепи оперативного 35 тока, Формирователи 7 и 12 преобразуют гармонические сигналы, пропорциональные соответственно току I и напряжению и, в прямоугольные сигналы одит наковой амплитуды. Блок 8 осу1цествля-40 ет логическое суммирование .указанных .прямоугольных сигналов, При этом измерительный прибор 9 показывает угол между напряжением U и током I,

Фазовращающий блок 11 служит для 45 коррекции фазовых искажений, йозникакядих в соатветствующих блоках устрой- . с-тва, и используется при первичной настройке схемы измерения фазового сдвига. Последовательно включенные сп и охваченные обратной связью усилители 13 и 15 и преобразователь 14 образуют компенсационную схему, осуществляющую автоматическое поддержание равенства двух величин; напряжения Uj, поступающего от блока 20 задания, уставки, и напряжения U. При этом изменение коэффициента передачи Jt первого управляемого усилителя 13 и : одновременно коэффициента К2 второго управляемого усилителя 16 происходит 6Q под действием управляющего напряжения в зависимости от величины сигнала и (тока I),

Управляемые усилители 13 и 16 могут быть выполнены в виде множительных элементов, а преобразователи 14 и 17, например, в виде выпрямителей со сглаживающими фильтрами.

Покажем, что предлагаемое устройство будет измерять величину сопротивления заземления R,

Сигнал на выходе первого преобразователя 14

u,,

где коэффициент пропорциональ ности, определяемый фильт1 ром 6, усилителем 13 и пре. образователем 14;

R, - сопротивление дополни тельного резистора 4 I - величина оперативного

тока Зс1данной частоты lojy, Сигнал на выходе вто&ого преобразователя 17 , .

i u,,, : .

где и - напряжение генератора 2 Kj - коэффициент пропорциональности, определяемый фильт : ром 10, усилителем 16 и преобразователем 17..

При резонансной настройке цепи oneративного тока, когда сдвиг по фаэе :между напряжением U и током I будет равен нулю,

р -iL-R ., XQ

где Rg -сопротивление остальной части цепи гоперативного тока. Учитывая-, что коэффициенты к и к равны, получим

- -. О

и.

Напряжение U благодаря действию интегрирующего усилителя постоянно и ,равно Uj Поэтому

R,+ P,

постоянный коэффициент.

где AZ

U

31

ЕСЛИ i тогда U4 U2-U32 - 1 ак11м образом, измерительный прибор 19 буд(вт регистрировать величину, .пропорциональную R, Проградуировав шкалу прибора, в омах, станем измерять искомое сопротивление R,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ, содержащее генератор оперативного тока, заданной, частоты, один вывод которого подключен к выводу измеряемого српротивлег ния заземления, два фильтра заданной частоты, вход второго из них подключен к выходу указанного генератора, и измерительный прибор, о т л и ч а ю ад е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введе ны подключённые к второму выводу генератора оперативного тока заданной частоты последовательно соединенные катушки индуктивности, дополнитель-. .ный резистор и пластина, которая по. отношению к земле образует емкость,последовательно соединенные первый управляемый усилитель, преобразователь переменного сигнала в постоянный и интегрирующий усилитель, последовательно соединенные управляемый усилитель, преобразователь переменного сигнала в постоянный и сумматор, выход которого подключен к измерительному прибору, последовательно соединенные первый формирователь прямоугольных импульсов, фазочувствительный усилитель и нуль-индикатор, последовательно соединенные фазовращакадий блок и второй формирователь i. прямоугольных импульсов, вьосод которого подключен к второму входу фазочувствительного усилителя, блок задаЦния устсшки, причем первый выход поЪледнегб подключен к второму входу интегрирующего усилителя, а второй к второму входу сумматора, выход интегрирующего усилителя соединен с управляющими входами обоих управляемых усилителей, ВХОДЫ первого формирователя прямоугольных импульсов и первоloo го управляемого усилителя через первый фильтр заданной частоты соедине00 ны с дополнительным резистором, а вхо со сх ды фазовращаюцего блока и второго управляемого усилителя подключены к выходу второго фильтра заданной часто00 |ТЫ.