Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей Советский патент 1984 года по МПК G01R27/18 

шения помехоустойчивости, второй вход логического элемента И соедилен с выходом усилителя-ограничителя, вход которого является вторым входом блока повышения помехоустойчивости.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения экстремума содержит элемент временной задержки, элемент сравнения и пороговый элемент, причем вход блока определения экстремума является входом элемента временной задержки и первь1М входом элемента сравнения одновременно, выход кото- рого через пороговый элемент соединен ,с выходом всего блока определе Ни я экстремума, второй вход элемента сравнения соединен с выходом элемента временной задержки.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования-пауз, блок определения экстремума, причем вычислитель через аналоговый ключ соединен с индикатором, а входной зажим - с одним выводом конденсатора непосредственно и через развязывающий блок с входом блока определения экстремума, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременнйм повышении помехоустойчивости, в него дополнительно введены блок фиксации мгновенных значений, блок повышения помехоустойчивости, элемент задержки и два запоминающих элемента, а блок определения экстремума выполнен в виде блока сравнения предшествующего и последующего значений, причем первый выход генератора импульсов, соединен с вторым выводом конденсатора, выход блока определения экстремума соединен с входом блока повьвиения помехоустойчивости, выход же блока повышения помехоустойчивости соединен через элемент задержки с первым входом генератора импульсов, через первый запоминающий элемент - с управляемым входом аналогового ключа, через второй запс 1инающий элемент - с перВ1Я4 входом блока фиксации мгновенных значений, а через блок формирования пауз - с вторым входом генератора импульсов, вторым входом первого запоминающего-элемента и вторьвл входом блока фиксации мгновенных знач:ений, третий вход которого соединен с выходом разрязывающего блока, четвертый вход соединен с управляемым входом блока повьвиення помехоустойчивости и с вторым выходом генератора импульсов, который через опорный резистор соединен с землей, а первый и второй г выходы блока фиксации мгновенных значений соединены с соответствующнми входами вычислителя. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок фиксации мгновенных значений выполнен в виде двух каналов состоящих из последовательно соединенных анало гового ключа и запоминающего элемента каждый, причем первый вход блоэ ка фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей, второй вход - с входами стирания запоминающих эле4 ментов, третий вход является входом первого аналогового ключа, четвертый ход - входе второго аналового ключа, первый и втсфой выходы блока фиксации мгновенных значений . является выходами первого и второго находящихся в этом блоке запоминающих элементов соответственно. 3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся т««, что блок повышения помехоустойчивости выполнен яэ усилителя-ограничителя и логического элемента И, первый вход которого является первым входом, а выход - выходом всего блока повы

1

Изобретение относится к измерению сопротивления изоляции электг рических сетей, в частности, электрических сетей постоянного тока и сетей, не находящихся под напряжением (обесточенных).

Известно устройство Для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ и индикатор tii.

Однако это устройство имеет низкую точность и.помехоустойчивость, особенно в сетях, имеющих большие и неизвестные в каждый дан.ный момент времени емкости относительно корпуса (). Это обусловлено тем, что генератор.импульсов выдает импульсы одинаковой и фиксированной длительности, которая в общем случае не является оптимальной с точки зрения такого заряда емкостей сети, при котором ток в цепи измерительного сигнала носил бы чисто активный характер и был бы мерой величины активной составляющей импеданса из оляции, т.е. сопротивления изоляции. В связи с тем, что как величина емкости сети, так и величина сопротивления изоляции определяется номенклатурой и количеством подключенных к сети потребтелей (и источников) энергии, а таже условиями экdплyaтaции, то эти величины изменяются в широком диапазоне и подобрать для них оптималный по длительности импульс не преставляется возможным. Низкая помехоустойчивость обусловлена отсутствием мер по защите от присутствующих в сети постоянного тока пульсаций и переменных составляющих.

Известно также устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор,-развязывающий блок, вычислитель, блок формирования .

блок определения экстремума (блок определения момента перехода емкост ной составляющей тока измерительного сигнала через нуль). Это устройство представляет собой адаптивную систему, в которой вырабатывается измерительный импульс оптимальной длительности для существующих в данный момент времени величин ем0 кости и сопротивления изоляции сети. Методическая погрешность измерения сопротивления изоляции из-за наличия емкости сети сведена к нулю, так как в момент дост ижения экст. ремума измерительного напряжения

на импедансе изоляции емкостная состаЁляющая тока измерительного сигнала равна нулю С2.

Недостатком устройства является необходимость обеспечения высоко0 го быстродействия вычислителя из-за необходимости проведения операций с быстроменяющимися значениями, что, как правило, связано с меньшей точностью вычис 1ений из-за динами5 ческой погрешности и, как следствие, с понижением точности определения величины сопротивления изоляции. Кроме того, сравнительно низка помехозащищенность при наличии

0 в сети постоянного тока пульсаций значительной величины, гармонических составляющих и помех.

Цель изобретения - повышение точности измерения при одновремен5 ном повышении помехоустойчивости.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импуль0 сов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования пауз, блок определения экстремума, причем вычислитель

5 через аналоговый ключ соединен с индикатором, а входной зажим - с одним выводом конденсатора непосредственно и через развязывающий блок с входом блока определения экстре,мума, дополнительно введены блок фиксации (запоминания) мгновенных значений, блок повышения помехо- . устойчивости, элемент задержки и ва запоминающих элемента, а блок определения экстремума выполнен в виде блока сравнения предшествующего и последующего значений, причем первый выход генератора импульсов соединен с вторым выводом конденсатора, выход блока определения экстремума соединён с входом блока повышения ..омехоустойчивости, выход же блока повышения помехоустойчивости соединен через элемент задержки с первым входом генератора импульсов, через первый запоминающий элемент - с управляемым входом аналогового ключа, через в торой .запоминающий элемент - с первьм входом блока фиксации мгновенных значений, а через блок формирования пауз - с вторым входсм генератора импульсов, вторым входо первого запоминающего элемента и вторьви входом блока фиксации мгновенных значений, третий вход которого соединен с выходом развязывающего блока, четвертый вход соеднен с управляемьм входом блока повышения помехоустойчивости и с вторым выходом генератора импульсов, который через опорный резистор соединен с землей, а первый и второй выходы блока фиксации мгновенных значений соединены с соответствующими входами вычислителя.

Блок фиксации мгновенных значений выполнен в виде двух каналов, состоящих из последовательно соединенных аналогового ключа и запоминающего элемента каждый, причем первый вход блока фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей, второй вход - с входами стирания запоминающих элементов, третий вход является входом первого аналогового ключа, четвёртый вход - входом вто:ррго аналогового ключа, первый и второй выходы блока фиксации мгн.венных значений являются выходами первого и второго находящихся в 3Tcw блоке запоминающих элементов соответственно.

Блок повышения помехоустойчивос|ТИ выполнен из усилителя-ограничителя и логического элемента И (либо ключа), первый вход которого является первым входом, а выход .выходом всего блока повышения помехоустойчивости, второй вход логического элемента И соединен с выходом усилителя-ограничителя, вход которого является вторым входом блока повышения помехоустойчивости.

Блок определения экстремума содержит элемент временной задержки,, элемент сравнения и пороговый элемент , причем вход блока определения экстремума является входом элемент.а временной задержки и первым входом элемента сравнения одновременно , выход которого через пороговый элемент соединен с выходом всего блока определения экстремума, второй вход элемента сравнения соединен с выхоДсмл элемента временной задержки.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор.1 импульсов, опорный резистор 2, конденсатор 3, аналоговый ключ 4, индикатор 5, развязывающий блок 6, блок 7 определения экстремума (блок определения момента перехода емкостной составляющей тока измерительного сигнала через, нуль), вычислитель 8, например блок деления, блок 9 формирования пауз, . блок 10 фиксации мгновенных значений, блок 11 повышения помехоустойчивости, элемент .12 задержки, элементы 13 и 14 запоминания, входной зажим 15 и земляной зажнм 16, причем первый выход генератора 1 импульсов соединен через конденсатор 3 с входным зажимсм 15 и входом развязывающего блока 6, выход которого соединен с входом блока 7 определения экстремума и третьим входом блока 10 фиксации мгновенных значений. Выход блока 7 определения экстремума через блок 11 повышения помехоустойчивости соединен с первым входом запоминающего элемента 13, который, например, может быть выполнен в виде статического триггера, с входом запоминающего элемента 14, который может быть выполнен, например, в виде одновибратора, с входами элемента 12 задержки и блока 9 формирования пауз. Выход элемента 12 задержки соединен с первым входом генератора 1 импульсов, а выход блока 9 формирования пауз соединен с вторыми входами гецератора 1 импульсов, запоминающего элемента 13 и блока 10 фиксации мгновенных значений. Выход запоминающего элемента 13 соединен с управляемым входом аналогового ключа 4, а выход запомингиощего элемента 14 соединен с первым входом блока 10 фиксации мгновенных значений. Второй выход генератора 1 импульсов соединен с четвертым входом блока 10 фиксации мгновенных значений, с вторым входом блока 11 повышения помехоустойчивости и через опорный резистор 2 с земляным зажимом 16. Первый и второй выходы блока 10 фиксации мгновенных значений соединены с соответствующими входами вычислителя 8, выход которого через аналоговый ключ 4 соединен с индикатором 5.

Блок 10 фиксации мгновенных значений может содержать аналоговые ключи 17 и 18 и запоминающие элементы 19 и 20. Первый вход блока 10 фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей 17 и 18. Информационный вход аналогового ключа 17 является третьим входом, а информационный вход аналогового ключа 18 четвертым входом блока 10 фиксации мгновеннЕЛх значений. Выход аналогового ключа 17 соединен с первым входом запоминающего элемента 19, а выход аналогового ключа 18 соединен с первым входом запоминающего элемента 20. Вторые входы (входы стирания) запоминающих элементов 19 и 20 соединены с вторым-.входом блока 10 фиксации мгновенных значений, а выходы запоминающих элемен-t гов 19 и 20 являются первым и вторым выходами всего блока 10 фиксации мгновенных значений соответственно.

Блок 11 повышения помехоустойчивости может содержать усилительограничитель 21 и логический элемент И 22. Первый вход логического элемента И 22 является первым входом, а выхсЗд логического элемента И 22 - выходом всего блока 11 повышения помехоустойчивости. Второй вход логического элемента И 22 че рез усилитель-ограничитель 21 соединен с вторым входом всего блока 11 повышения помехоустойчивости.

Блок 7 определения экстремума может быть выполнен из элемента 23 временной задержки, элемента 24 сранения и порогового элемента 25. Вхо блока 7 определения экстремума соединен с входом элемента 23 временной задержки и первым входом элемента 24 сравнения, выход которого через пороговый элемент 25 соединен с выходом всего блока 7 определения экстремума. Второй вход элеме1 та 24 сравнения соединен с выходом элемента 23 временной задержки.

Работа устройства происходит следующим образом.

При запуске генератора 1 импульсоп (который может представлять собой последовательно соединенные источник напряжения постоянного тока и аналоговый ключ,(управляемый статическим триггером) на его выходах появляется единичный скачок измерительного напряжения, образующий передний фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал через опорный резистор 2 и конденсатор 3

поступает в контролируемую сеть. При этом следует отметить, что первоначальный запуск генератора 1 импульсов может осуществляться по. дачей на его второй вход через кон5 денсатор напряжения питания всего устройства. Этот запуск общеизвестен и графически не показан.

Так как входное сопротивление развязь1вающегр блока 6 обеспечивают O очень высоким (много больше величины верхнего предела измерения сопротивления изоляции сети), также как и входное сопротивление на втором входе блока 11 повышения помехо5 устойчивости и на четвертом входе блока 10 фиксации мгновенных значений, то величина напряжения измерительного сигнала на входном зажиме 15 устройства определяется

0 главном образом величиной импеданса изоляции сети - параллельным соединением сопротивления изоляции и емкости.сети, а на четвертом входе блока 10 фиксации мгновенных

5 значений - величиной опорного резистора 2,

Так: как раз-вязывающий блок б предназначен только для передачи напряжения измерительного сигнала, .на импедансе изоляции сети 1скач ка, приращения), то на его входе всегда находится разделительный конденсатор. Если же весь развязывающий блок 6 реа-шзован только в виде конденсатора, тогда высокое

5 входное сопротивление обеспечивают и на входе блока 7 определения экст ремума, и на третьем входе блока 10 фиксации мгновенных значений.

Величины падения напряжения от

0 измерительного сигнала на импедансе изоляции сети и на опорном резисторе 2 непрерывно (при наличии измерительного сигнала) поступают на третий и четвертый входы блока 10

5 фиксации мгновенных значений. Однако в связи с тем, что до получения сигнала о наступлении экстремума напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции (момента обращения в нуль емкостной составляющей тока измерительного сигнала), аналоговые ключи 17 и 18 в блоке 10 фиксации мгновенных значений разомкнуты (также как и аналоговый ключ 4), то до этого момента эти значе НИН измерительного напряжения не поступают на запоминающие .элементы 19 и 20.

Только в момент наступления экстремума падения напряжения от изме0 рительного сигнала на импедансе

изоляции на выходе блока 7 определения экстремума появляется сигнал, который поступает на вход блока 11 повышения помехоустойчивости и про5 ходит на его выход благодаря присутствию на втором входе этого блока сигнала с опорного резистора 2, несущего информацию о подаче измерительного сигнала S контролируемую сеть. В паузах между импульсами сигнал с выхода блока 7 определения экстремума пройти через блок 11 не может, так как отсутствует сигнал на втором входе блока 11 и на выходе логического элемента И 22 сигнал не появится. Все это повышает помехоустойчивость в паузах между измерительными сигналами. Сигнал с выхода блока 11 повышения помехоустойчивости, повторяющий информацию о наступлении момента равенства нулю емкостной составляющей тока измерительного сигнала, поступает на вход запоминающего эле мента 14, выполненного, например, в виде одновибратора, Одновибратор переходит в неустойчивое состояние и выдает сцгнал на первый вход блока 10 фиксации мгновенных значений что вызывает замыкание аналоговых ключей 17 и 18. Время пребывания одновибратора в неустойчивом состоя нии выбирается таким, чтобы обеспечить эа1«1ыкание аналоговых ключей 17 и 18 и запись на запоминающие устройства. 19 и 20 мгновенных знач ений падений напряжений иэмеритель ного сигнала на импедансе изоляции сети и опорном резисторе 2 в момент равенства нулю емкостной составляю|щей тока измерительного сигнала. По истечении этого времени одновибратор возвращается в исходное состояние, и аналоговые ключи 17 и 18 размыкаются. Информация с выходом запоминающих элементов 19 и 20 блока 10 фиксации мгновенных значений поступает на соответствующие входы вычислителя 8, который может в этом случае быть выполнен более медленно действующим, а следователь но, более - точным, чем в прототипе. В вычислителе 8 выполняется опе рация нахождения отношения между падениями напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции сети - Uy и опорном резисторе 2 . сопротивление которого Rj. заве домо известно. Поэтому на выходе вычислителя 8 получают величину равную величине сопротивления (активной составляющей импеданса) изоляции. Так как сигнал с выхода блока 11 повышенияпомехоустойчивости одновременно с поступлением на вход запоминающего элемента 14 поступил и на вход запоминающего элемента 13, например, статического триггеpa, который управляет аналоговым ключом 4, то это вызвало и замыкание аналогового ключа 4. Поэтому сигнал с выхода вычислителя В, соответствующий величине сопротивления изоляции сети, через аналоговый ключ 4 поступает на индикатор 5. Сигнал с выхода блока 11 поступает также на вход блока 9 формирования пауз и через элемент 12 задержки на первый вход генератора 1 импульсов. Элемент 12 задержки введен для того, чтобы обеспечить необходимое для записи мгновенных значений напряжений измерительного сигнала время присутствия измерительного сигнала в измерительной цепи, так как после появления сигнала на выходе элемента 12 задержки (и, следовательно, на первом входе генератора 1 импульсов) в генераторе, 1 импульсов формируется задний фронт измерительного сигнала. По истечении априорно заданного времени (после поступления сигнала на влод блока 9 формирования пауз), выбираемого из условия ьозвращения цепи измерительного Сигнала в исходное состояние, на выходе блока 9 формирования пауз появляется сигнал, который поступает на второй вход генератора 1 импульсов, вызывая формирование очередного единичного скачка измерительного напряжения. Начинается новый цикл измерения . Одновременно с этим сигнал с выхода блока 9 форг-шрования пауз поступает на второй вход блока 10 мгновенных значений, т.е. на входы стирания запоминающих элементов 19-20, и на второй вход (вход возврата в исходное состояние)- Зсшо;и инающего элемента 13. Это обеспечивает возвращение запоминающих элементов 19, 20 и 13 в исходное состояние (а также размыкание аналогового ключа 4) перед новым очередным циклом измерения. Достижение поставленной це/1и с точки зрения повышения точности измерения обусловлено фиксацией (запоминанием) величины мгновенных значений падения напряжения измерительного сигнала на иг педансе изоляции и опорном резисторе (резисторе 2), в момент обращения в нуль емкостноД составляющей тока измерительного сигнала. Это дает возможность повысить томность определения ..отношения интересующих величин, так как резко уменьшает динамические погрешности вычислителя (вычислителя 8). Кроме того, нахождение экстремума процесса путем сравнения его

предшествующего и последующего значений, рйзделенныХ во времени на минимгшьно возможную величину, при испопьзовании быстроде.йствующих компараторов (элементов сравнения) при прочих равных условиях значитёль но слабее коррелировано со скоростью изменения процесса установления напряжения в переходном процессе, чем нахождение экстремума путем дифференцирования процесса. Это также способствует уменьшению инструментальной погрешности нахождения экстремума и, следовательно, повышению точности измерения.

Достижение поставленной цели с точки зрения повышения помехоустойчивости обусловлено тем, что благодаря компарированию двух величин

(предшествующей и последующей величин, сдвинутых на минимально допустимое время задержки), на каждую из которых иакладывается помеха, действующая в измерительнс тракте,

5 в какой-то степени происходит квазисинфазное подавление этой помехи, дающее в сетях с повышенным уровнем помех возможность более точно определять момент равенства нулю

10 емкостной составляющей тока измерительного сигнаша, чем при нахождении экстремума путем дифференцирования процесса. В паузах между измерительными сигналами вся анаt.5 лизируквдая часть устройства заблокирована (из-за блока 11 повышения помехоустой чивости), что исключает получение ложной информации.

I |Sih-H«3

гН fj

|sjh-J

L,J

h rn

ГП Й1

V

Hi

.

L