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

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит источник напряжения постоянного тока, два элемента задержки, два элемента ИЛИ и конденсатор, причем выход источника напряжения постоянного тока соединен с вторым выходом блока управления, а через первый элемент задержки, конденсатор

и первый элемент ИЛИ - с третьим выходом блока управления, первьй и четвертый входы блока управления соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход которого через второй элемент задержки соединен с четвертым выходом блока управления, третий вход которого соединен с другим входом первого элемента ИЛИ.

3.Зстройство по п. 1, отличающееся тем, что блок фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль содержит последовательно соединенные блок определения экстремума, аналоговый ключ и запоминающий элемент, причем первый, второй и третий входы блока фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль соединены соответственно с входами блока определения экстремума, вторым входом аналогового ключа и вторым входом запоминающего элемента, выход которого соединен с выходом блока фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль.

, 4. Устройство поп, 1, ОТЛИ-; чающееся тем, что блок выделения первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль содержит переключатель и элемент И, причем первый, второй, третий, четвертый и пятый входы блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль соединены соответственно с первым и. вторым входами элемента И и первым, вторым и третьим входами переключателя, выход которого соединен с вторым выходом блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль и с третьим входом элемента И, выход которого соединен с первым выходом блока выделения первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль.

5. Устройство non.lo тлич а - ю щ е в с я тем, что входная клемма соединена с пятым входом блока выделения первого После экстремума перехода сетевого напряжения через нуль через блок автоматического выбора режима измерения, выход которого соединен с первым входом второго аналогового ключа, а входы вычислителя соединены с генератором импульсов переменной длительности и входной клеммой соответственно: первый. - через высокоомный повторитель, а второй - через инвертор полярности и высокоомный повторитель.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЩда ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, содержащее генератор импульсов переменной длительности, датчик тока измерительного сигнала (опорный резистор) , конденсатор, вычислитель, аналоговьй ключ, индикатор, блок фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль, блок формирования пауз, развязьшающий блок и блок управления, причем первый выход генератора импульсов переменной длительности соединен с вторым входом вычислителя и датчиком тока измерительного сигнала (опорным резистором), второй вывод которого соединен с землей, второ выход генератора импульсов переменной длительности через конденсатор соединен с первым входом вычислителя и с входной клеммой устройства, которая через развязывающий блок соединена с первым входом блока фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль, выход вычислителя через аналоговый ключ соединен с индикатором, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок фиксации переходов сетевого напряжения, переменного тока через нуль, блок вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль и второй аналоговьй ключ, причем входная клемма соединена с пятым входом блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, а через последовательно соединенные второй аналоговый ключ и блок перехода сетевого напряжения переменного тока через нуль - с первым входом блока управления и четвертым входом блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, первый выход которого соединен с уп.равляемым входом первого аналогового (О ключа и вторым входом блока управления, первьм выход которого соединен с вторым входом блока фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль, выход которого соединен с первым входом блока вьщеления первого после экстремума перехода се сд «сетевого напряжения через нуль, второй вход которого соединен с вторым входом вычислителя и управляемым входом второго аналогового ключа, второй выход блока управления соединен с третьим входом блока выделения первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, второй выход которого соединен с четвертым входом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом генератора импульсов переменной деятельности, а блок формирования пауз - с тр етьим входом блока управления, третий выход которого соединен с первым входом генератора импульсов переменной деятельности.

Изобретение относится к области измерения сопротивления изоляции электрических сетей.

Известно устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, опорньй резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования пауз, блок опеределения экстремума (блок фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль). Это устройство представляет собой адаптивную систему, в которой вырабатывается измерительный импульс оптимальной длительности для существующих и данный момент величин

емкости и сопротивления изоляции сети постоянного тока. Методическая погрешность измерения сведена к нулю, так как в момент достижения экстремума измерительного напряжения на импедансе изоляции емкостная составляющая измерительного тока равна .

Недостатком устройства является бозникновение погрешности измерения при контроле изоляции в сетях, содержащих напряжение переменного тока. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов переменной длительности, датчик тока измерительного сигнала (опорный резистор) конденсатор, вычислитель, аналоговый ключ, индикатор, блок фиксации перехода емкостного тока измерит1ЕЛьного сигнала через нуль, блок формирования пауз, развязьгоающий блок и блок управ ления, причем первый выход генератора импульсов переменной длительности соединен с вторым входом вычислителя и датчиком тока измерительного сигнала (опорным резистором), второй вывод которого соединен с землей, второй выход генератора импульсов переменной длительности через конденсатор соединен с первым входом вычислителя и с входной клеммой устройства, которая через развязывающий блок соединена с первым входом блока фиксации перехода емкостного измерительног сигнала через нуль, выход вычислителя через аналоговьм ключ соединен с индикатором. Это устройство также представляет собой адаптивную систему с импульсом оптимальной длительности с большей точность и помехозащищенностью, чем известное устройство П 2 3 Недостатком устройства является сравнительно узкая область примеиения (контроль в сетях постоянного тока и в сетях, не находящихся под сетевым напряжением), отсутствие автоматического выбора режима измерения. Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей устройства за обеспечения измерения сопротивления изоляции и трехфазных с изолированной нейтралью и однофазных сетей переменного тдка, автоматический выбор режима измерения. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов переменной длительности, датчик тока измерительного сигнала (опорный резистор), конденсатор, вычислитель, аналоговый ключ, индикатор, блок ксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль, блок .формирования пауз, развязывающий блок и блок управления, причем первый вы1000 ход генератора импульсов переменной длительности соединен с вторым входом вычислителя и датчиком тока измерительного сигнала (опорным резистором), второй вывод которого соединен с землей, второй выход генератора импульсов переменной длительности через конденсатор соединен с первым входом вычислителя и с входной кяеммой устройства, которая через развязывающий блок соединена с первьм входом блока фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль, выход вычислителя через аналоговый ключ соединен с индикатором, введены блок фиксации переходов сетевого напряжения переменного тока через нуль, блок вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль и второй аналоговый ключ, причем входная, клемма соединена с пятым входом блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, а через последовательно соединенные второй аналоговый ключ и блок перехода сетевого напряжения переменного тока через нуль - с первьм входом блока управления и четверт входом блока вьщеления первого после экстремум перехода сетевого напряжения через нуль, первый выход которого соединен с управляемьм входом первого аналогового ключа и вторым входом блока управления, первь выход которого соединен с вторым входом блока фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль,выход которого соединен с первым входом блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, второй вход которого соединен с вторым входом вычислителя и управляемым входом второго аналогового ключа, второй выход блока з равления соединен с третьим входом блока выделения первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, второй выход которого соединен с четвертым входом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторьм входом генератора импульсов переменной длительности, а через блок формирования пауз - с третьим входом блока управления, третий выход которого соединен с первым входом генератора импеременнойпульсов длительноети. Блок управления содержит источник напряжения постоянного тока, два элемента задержки,два элемента ИЛИ и конденсатор, причем выход источника напряжения постоянного тока соединен с вторым выходом блока управления, а через первый элемент задержки, конденсатор и первый элемент ИЛИ - с третьим выходом блока управления, первый и четвертый входы блока управления соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход которо го через второй элемент задержки соединен с четвертым выходом блока управления, третий вход которого соединен с другим входом первого эле мента ИЛИ. Блок фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль содержит последовательно соединенные блок определения экстремума, аналоговый ключ и запоминающий элемент, причем первый, второй и третий входы блока фиксации перехода емкост ного тока измерительного сигнала через нуль соединены соответственно с входами блока определения экстремума вторым входом аналогового ключа и ВТО рым входом запоминающего элемента, выход которого соединен с выходом блока фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль. Блок выделения первого после экст ремума перехода сетевого напряжения через нуль содержит переключатель и элемент И, причем первый, второй, третий, четвертый и пятьй входы блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И и первым, вторым и третьим входами переключателя, выход которого соединен с вторым выходом блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль и с третьим входом элемента И, выход которого соединен с первым вькодом блока вьщеления первого после экстре мума перехода напряжения через нуль Входная клемма соединена с пятым входом блока вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль через блок автомати ческого выбора режима измерения, вы ход которого соединен с первым входом второго аналогового ключа, а входы вычислителя соединены с генератором импульсов переменной длительности и входной клеммой соответственно: первый - через высокромный повторитель, а второй - через инвертор полярности и высокоомный повторитель. На чертеже изображена функциональная схема устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсовпеременной длительности, датчик 2 тока измерительного сигнала (опорный резистор), конденсатор 3, блок 4 управления, развязывающий блок 5, блок 6 фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль, блок 7 вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, .вычислитель 8, аналоговые ключи 9 и 10, блок 11 формирования пауз, блок 12 фиксации переходов сетевого напряжения переменного тока через нуль, индикатор 13, входную 14 клемму, блок 15 автоматического выбора режима измерения, высокоомные повторители 16 и 17 напряжения, инвертор 18 полярности, блок 19 определения экстремума, аналоговый ключ 20, запоминающий элемент 21, переключатель 22, элемент И 23, источник 24 напряжения постоянного тока, элементы 23 и 26 задержки, элементы ШШ 27 и 28 и конденсатор 29. Первый выход генератора 1 импульсов переменной длительности через датчик 2 тока соединен с землей, ёГ через высокоомнь повторитепь 16 напряжения с вторым входом вьпислителя 8. Второй вьосод генератора 1 импульсов фовдинеи через конденсатор 3 с входной клеммой 14, а через высокоомньй повторитель 17 напряжения с входом инвертора 18 полярности,выход которого соединен с первым входом вычислителя 8. Выход вычислителя 8 через аналоговь ключ 9 соединен с индикатором 13. Входная клемма 14 соединена с входами развязывающего блока 5 и блока 15 автоматического выбора режима измерения. Выход развяэывакш его блока 5 соединен с первым входом блока 6 фиксации перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль, выход которого соединен с первьм входом блока 7 вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль. 7 Первый выход блока 15 автоматического выбора режима измерения соединен с пятым входом блока 7 вьщеления первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль, четвертый вход которого соединен с выходом блока 12 фиксации перекодов сетевого напряжения переменного тока , через нуль и первым входом блока 4 управления, третий вход - с вторим выходом блока 4 управления, а второй вход - с вторын входом вычислителя 8 Первый выход указанного блока 7 соединён с вторым входом блока 4 управления и входом аналогового ключа 9, а второй выход блока 7 соединен с четверт1Л« входом блока 4 управления. Второй выход блока 15 автоматичес кого выбора режима измерения через аналоговь ключ 10 соединен с входом блока 12 ксации переходов сетевого напряжения переменного тока через нуль. Третий вход блока 4 управления через блок 11 формирования пауз соеднней с третьим выходом блока 4 управления и первым входом генератора 1 импульсов переменной длительности. Первый выход блока 4 управления соединен с втор№1 входом блока 6 фиксации перехода емкоС|Тного тока измери тельного сигнала через нуль, -а четвертый выход блока 4 управления сое динен с вторым входом генератора 1 импульсов переменной длительности. Управляемый вход аналогового ключа 10 соединен с вторым входом в лчисли теля 8. Блок 7 выделения первого после экстремума перехода сетевого напряжения через нуль представляет собой последовательно соединенные переклю чатель 22 и трехвходовый элемент И 23, первый и третий входы и первый выход которого являются соответственно первьм и вторым входами и первым выходом блока 7, а первый, второй и третий входы переключателя и его выход являются соответственно четвертым, третьим и пятым входами блока 7. Блок 4 управления представляет собой последовательно соединенные источник 24 напряжения постоянного тока, элемент 26 задержки, конденса тор 29 и элемент ИЛИ 27, причем выход источника 24 напряжения постоян ного тока соединен с вторым выходом 008 блока 4 управления, а выход элемента ИЛИ 27 является четвертым выходом блока 4 управления. Третий вход блока 4 управления является вторым входом элемента ИЛИ 27. Вход элемента 25 задержки,и его выход являются соответственно вторым входом и трегТИМ выходом блока 4 управления,а пер-: вые и вторые входы и выход элемента ИЛИ 28, входящего в блок 4 управления, являются соответственно первым и четвертым входами и первым выходом блока 4 з равления. Работа устройства происходит следующим образом. После подключения клеммы 14 к контролируемой сети и подачи на устройство питания на вход блока 15 автоматического выбора режима измерения и на вход развязывающего блока 5 поступает сетевое напряжение, а на вход элемента 25 задержки напряжение Ссигнал) с выхода источника 24 напряжения постоянного тока. Постоянная времени задержки элемента 25 выбрана несколько большей, чем время, отводимое на выбор режима в блоке 15 и возможное переключение переключателя 22. Если в сетевом напряжении присутствует и напряжение переменного тока (или пульсации напряжения переменного тока), то на первом выходе блока 15 появляется сигнал, который вызывает перевод переключателя 22 в положение, при котором к выходу переключателя 22 подключается первый вход переключателя 22, на который с второго выхода блока 15 через размыкакшщй (нормально-замкнутый) аналоговый ключ 10 и блок 12 фиксации переходов сетевого напряжения поступают сигналы в моменты перехода сетевого напряжения через нуль.. Эти сигналы с выхода переключателя 22 поступают на второй вход элемента И 23. В случае отсутствия в сети напряжения переменного тока переключатель 22 остается в исходном положении, когда к его выходу подключен второй вход, соединенный с выходом источника 24 напряжения постоянного тока, которое в этом случае постоянно присутствует на втором входе элемента И 23. По истечении времени.задержки через конденсатор29 и элемент ИЛИ 27 на второй вход генератора 1 импульсов поступает сигнал, который вызывает появление на выходах генератора 1импульсов единичного скачка измери тельного напряжения, образующего передний фронт и вершину импульса. Это единичный скачок измерительного напряжения через конденсатор 3 и датчик 2тока поступает в контролируемую сеть, начиная заряжать емкости этой .сети. Одновременно через повторитель 16 он поступает на второй вход вычйс лителя 8, на управляемый вход аналогового ключа 10, вызывая его ниё, и на третий вход элемента И 23. Падение напряжения от этого единично го скачка (отклик сети) йа импедансе изоляции через развязывающий блок 5 поступает на первый вход блока 6 фик сации переходов емкостного тока изме рительного сигнала через нуль. На первый вход вычислителя поступает текущее напряжение измерительно го сигнала с выхода инвертора 18 полярности, на вход которого оно постзтает через повторитель 17 напряжения . Как известно, в момент обращения e «cocтнoгo тока измерительного сигна ла в нуль, т.е.когда весь (полный) ток измерительного сигнала носит активньй характер, напряжение измерительного сигнала на импедансе достирает экстремума. Для сетей переменно го тока это необходимое условие для измерения, но недостаточное. В этот момент времени сетевое напряжение должно быть равно нулю, т.е. необходимо, чтобы были соблюдены эти два условия. В связи с тем, что момент в нуль емкостного тока измерительного сигнала и момент обращения в нуль сетевого напряжения взаимно не коррелированы, то в устройстве приоритет отдается моменту обрацения в нуль емкостного тока измерительного сигнала и разрешение на снятие информации, формирование заднего онта измерительного сигнала и начало отсчета паузы между измерительными сигналами вьщается с элемента И 23 на первом же переходе сетевого напряжения через нуль после имевшего место обращения в нуль емкостного то ка измерительного сигнала. Таким образом, временная погрешность по сравнению с истинным моментом перехода емкостного тока измерительного сигнала через нуль для сетей переменного тока с частотой 50 Гц не npeBMoaet в худшем случае 10 мс, а для сетей переменного тока с частотой 400 Гц 1,2 мс. Учитывая, что кривая установления напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции после момента обращения емкостного тока измерительного сигнала в нуль носит более пологий характер, особенно при болыйих еьосостях разделительного кон1денсатора 3, чем до этого, то погрешность определения величины сопротивления изоляции за счет некоторого перехода за нулевую точку емкостного тока измерительного сигнала хотя и может иметь место, однако величина ее будет в общем случае сравнительно невелика. Сигнал на выходе элемента И 23 появится лишь тогда, когда на его вхо- дах будут одновременно присутствовать сигнал о переходе емкостного тока измерительного сигнала через нуль с выхода блока б, сигнал о переходе сетевого напряжения через нуль с выхода переключателя 22 и сигнал о поступлеНИН в контролируемзпо сеть измерительного сигнала с выхода повторителя 16 напряжения. По сигналу с выхода элемента И 23 замыкается аналоговый ключ .9, информация о соотношении напряжений в этот момент с выходов инвертора 18 полярности и повторителя 16 напряжения, характеризунщая падение напряжения измерительного сигнала на опорном резисторе - датчике 2 тока, поступит на индикатор 13 в качестве величины активной составляющей на импедансе изоляции, т.е. эквивалентного сопротивления изоляции контролируемой сети. В вычислителе 8 и индикаторе 13 реализуется соотношениер эквивалентное сопротивление изоляции контролируемой сети;величина сопротивления опорного резистора (датчика 2 тока). Сигнал с выхода элемента И 23 поступает через элемент 25 задержки на первый вход генератора 1 импульсов, формируя задний фронт измерительного сигнала, а также на вход блока 11 формирования пауз, который может быть выполнен и в виде одно1вибратора, о время пребывания которого в неустойчивом состоянии формирует паузу между предьщущим и последующим измерительными сигналами. Это время может быть выбрано априори больше длительности любого возможного реально (исходя из параметров контролируемых сетей) измерительного сигнала с тем, чтобы обеспечить возвращение цепи измерительного сигнала к нулевым начальным усл.овиям для измерительного сигнала. При возвращении одновибрато ра в устойчивое состояние сигнал с его выхода (и с выхода блока 11 форм рования пауз) через элемент ИЛИ 27 поступает на второй вход генератора 1 импульсов, формируя следуюпщй цикл измерения сопротивления изоляции. Аналоговый 10 ключ находится в замкнутом состоянии только во время пауз между измерительньми сигналами, обеспечивая корректировку синхронизм генератора тактовых импульсов (или генератора синусоидальных колебаний) находящегося в блоке 12 фиксации переходов сетевого напряжения через нуль с сетевым напряжением переменно го тока. В момент подачи единичного скачка измерительного сигнала аналоговый. 10 ключ размыкается с тем, чтобы исключить влияние измерительно го сигнала на моменты определения переходов через нуль сетевого напряжения, информацию jO чем несут импульсы тактового генератора (либо переходы через нуль напряжения генератора синусоидальных Колебаний), находящегося в блоке 12. Аналоговый ключ 10 управляется сигналами с выхода генератора, прошедшими через повторитель 16 напряжения. Сигналы о переходах сетевого напряжения переменного тока через нуль с выхода блока 12 поступают также через элемент ИЛИ 28 на управляе№)1й вход блока 6 фиксации переходов емкостного тока измерительного сигнала через нуль. В блоке 6 на выходе блока 19 определения экстремума имеется аналоговый ключ 20, управляемый вход которого и является управляемым входом всего блока 6. Этот аналоговьй ключ 20 замыкается только при поступлении на управляемый вход сигналов с выхода элемента ИЛИ 28, обеспечивая при измерениях в сетях с напряжением переменного тока сняти

информации о наступлении экстремума напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции сети (клеммы 14) только в моменты переходов сетевого напряжения переменного тока через нуль. На выходе аналогового ключа 20 находится запоминающий элемент 21, например одновибратор, который после перехода емкостного тока изерительного сигнала через нуль переодится на длительность полупериода етевогонапряжения в неустойчивое оложение. В случае отсутствия в контролиру мой сети напряжения переменного тока на другой вход элемента ШШ 28, как и на второй вход элемента И 23, от источника 24 напряжения постоянного тока через переклкгаатель 22 подается постоянный сигнал, который обеспечивает замкнутое состояние аналогового ключа 20 в блоке 6 и реализацию функций блока 6 при работе в сетях постоянного тока и обесточенных сетях. При. контроле трехфазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью клемма 14 подключается к нейтрали (либо искусственной нулевой точке) . Клемма заземления устройства подключается к корпусу. Входные сопротивления блоков 15 и 5 обеспечиваются высокими, чтобы свести к минимуму их шунтирующее влияние на эквивалентное сопротивление изоляции сети. Расширение функциональных возможностей устройства эа счет контроля состояния изоляции трехфазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью наряду с однофазными сетями, а таютсе автоматизация выбора режима измерения, особенно важная при использовании одного устройства для контроля большего количества развязанных между собой электрических сетей различного рода тока и конструкции методом обегания, позволяет создавать универсальные быстродействующие устройства на импульсном принципе, экономически более выгодные, а их высокое быстродействие повьщ1ает пожаро- и электробезопасность объектов, на которых расположены контролируемые сети.

Iffcr- ПГ-|Ж1г

jfll

m

L-A3kBii8aMHmная схема . исследуемой

сети