Устройство для измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к измерител ной технике, а именно к устройствам для измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока под рабочим напряжением. По основному авт. св. № 761939 известно устройство для измерения со противления изоляции сетей постоянного тока, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, низкоомный резистор и разделительный конденсатор, блок фиксации уровня, программный блок, блок деления, причем один из выходов программного блока подключенк входу генератора импульсов, а другой - к управляющему входу блока фиксации уровня, информа ционные входы которого подключены к выводам низкоомного резистора, выход блока фиксации уровня соединен с вхо дом блока деления. Устройство позволяет измерять сопротивление изоляции сетей постоянного тока со значительными емкостями полюсов сети отно сительно земли Щ . Однако в этом устройстве при коммутациях в контролируемо сети (особенно для случаев, когда коммутации совпадают с моментами выборки устройством информативного сигнала с ни коомного резистора) возможны провалы выходного сигнала до нуля, при этом устройство измерения сигнализирует о коротком замыкании полюса сети на землю, что может привести к ложным срабатываниям системы аварийной автоматкки, отключению питающего напряжения и выходу из строя всей конт ролируемой системы, т.е. данное устройство обладает недостаточной помехозащищенностью при контроле раз ветвленных сетей. Цель изобретения - превышение помехозащищ.-нности устройства при коммутациях в сети. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения сопро тивления изоляции сетей постоянного тока дополнительно введены два компаратора напряжения, ждущий мультивибратор, реле, источник опорного на пряжения, фильтр низкой частоты, одн полупериодный выпрямитель на операционном усилителе, причем выход блока деления подключен к входам, первого компаратора напряжения и фильтра низкой частоты,выход первого компа- ратора напряжения подключен к входу ждущего мультивибрато1эа и к одному из выводов обмотки реле, выход ждущего мультивибратора подключен к входу второго компаратора на- , пряжения, выход которого соединен с другим выводом обмотки реле, один из нормально разомкнутых контактов которого соединен с выходной клеммой устройства, другой из нормально разомкнутых контактов реле соединен с первым выходом источника опорного напряжения, выход фильтра низкой частоты через однополупериодный выпрямитель на оперйционном усилителе соединен с выходной клеммой устройства, второй выход источника опорного напряжения соединен с корпусом (землей). На фиг. 1 изображено устройство для измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока;на фиг. 2временные диаграммы его работы. Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, подключенный через низкоомный резистор 2 и разделительный кс нденсатор 3 к полюсу контролируемой сети,изображенной в виде параллельно соединенных сопротивления 4 и емкости 5 полюсов сети относительно земли а также эквива- лентного источника 6 рабочего напряжения, блок 7 фиксации уровня, под ключенный к.низкоомному резистору 2, управляющий вход которого соединен с выходом программного блока 8, второй выход программного блока 8 соединен с входом генератора 1 прямоугольных импульсов, выход блока 7 фиксации соединен с входом блока 9. деления, а выход последнего соединен с входами фильтра 10 низкой частоты и первого компаратора 11 напряжения, выход компаратора 11 соединен с одним из выводов обмотки реле, входом ждущего мультивибратора 12, выход которого подключен к входу второго компаратора 13 напряжения, выход которого соединен с другим выводом обмотки реле 14, к из нормально разомкнутых контактов реле 14 подключен источник 15 опорного напряжения, выход фильтра 10 подключен к входу однополупериодного выпрямителя 16, содержащего операционный усилитель 17, выход которого с катодом диода 18, анод диода 18 соединен с первым выводом резистора 19, второй вывод которого подключен к инвepтиpyюD eмy входу операционного усилителя 17 и к одному из выводов резистора 20, второй пывод которого подключен к выходу фильтра 10 низкой частоты, второй из нормально разомкн тых контактов реле jA и анод диода 18 подключены к выходной клемме 21 устройства. . Устройство работает следующим образом. На выходе генератора 1 формируетс двухполярное прямоугольное напряжени (фиг. 2Ь). Положительный сигнал совпадает с поступающими на вход генера .тора 1 синхроимпульсами 22 (фиг.2) с программного блока 8. На низкоомно резисторе 2 при этом возникают вспле ки напряжения 24 (фиг. 21), которые в положительный полупериод работы генератора 1, при выборе емкости C« 5ma Stnax максимально возможная е кость для данной сети), а также при Rjic R., где R.- минимально допустимое сопротивление изоляции полю сов сети относительно -земли, с достаточной степенью точности; удовлетво ряют выражению - где и - амплитуда оперативного сигнала . В момент времени t (фиг. 26) с программного блока 8 на управляюнщй вхо блока 7 фиксации поступают синхроимпульсы 23 (фиг. 2$). Входное напря-.. жение блока 7 фиксации при этом рав :Так как переходной процесс, обусловленный перезарядом максимально возможной емкости сети к моменту выборки (t). можно считать почти полностью законченным, значение второго чл на правой части уравнения, отражающего этот процесс в этот момент близко к нулю. Напряжение на выходе блока 7 фиксации устанавливается рав ным напряжению на резисторе 2 в момент ((;,) и остается неизменным до следующего момента выборки в момент времени (2- Сигнал с блока 7 фиксаци поступает на вход блока 9 деления в качестве делителя. Блок 9 деления осуществляет деление, в результате на его выходе получают ki X. ч-.. - коэффициент, определяюпр1н коэффициент передачи блока 9 деленияJ .R2 - постоянная величина, а К - -Ki .к На выходе блока 9 деления получаем сигнал, линейно связанный с измеряемым сопротивлением изоляции. Этот сигнал проходит через фильтр 10 и выпрямитель на операционном усилителе 17, напряжение на выходе которого изменяется от, О до -Uf, , где И напряжение насьщения усилителя 17. В том случае, когда входной сигнал блока 9 деления лежит в пределах рабочего диапазона от до U (фиг. 2Q), а ., блок 9 деле3ния работоспособен и на его выходе присутствует сигнал (результат деления). Если входной сигнал блока 9 де- ления вьгходит из указанных границ, происходит срыв работы блока деления и его выходной сигнал падает до нуля. Предположим, что в момент времени {,„ (фиг. 22) произошла коммутация в контролируемой сети, что привело к появлению достаточно сильного всплеска напряжения 24 на резисторе 2 (фиг. 21), На выходе блока 7 фиксации появляется напряжение (J (фиг. 2а), которое больше . При атом происходит срыв работы блока 9 деления и напряжение на его выходе с постоянной времени С,определяемой инерционнЬстью блока 9 деления, экспоненциально уменьшается до нуля (.2е). Выходное напряжение (фиг. 2а) также понижается в этот отрезок времени, но с постоянной t,определяемой инерционностью фильтра 10. Причем выбирается ,. В момент времени ta напряжение на выходе блока 9 деления достигает уровня U срабатьшания компаратора 11 напряжения (фиг. 2е), на его выходе формируется ступенчатый перепад напряжения, который воздействует на обмотку реле 14 и замыкает контакты. На выходе устройства появляется напряжение от (дополнительного) источника 15 (фиг. 2р. Его величина выбирается больше, чем напряжение насыщения усилителя 17, и диод 18 при этом заперт. Выходное напряжение остается неизменным до следующего момента выборки i . На выходе блока 7 фиксации уровня в момент j устанавливается напряжение.

лежащее в интервале от Ui,,,- . Блок 9 деления приходит в рабочее состояние, на его выходе с постоянной i начинает нарастать сигнал 25 (фиг. 2е). Как только его величина достигнет уровня срабатывания компаратора 11 напряжения (ig) на выходе компаратора 11 формируется ступенчатый перепад 26 .(фиг. 2) . При этом реле 14 не размыкает контактов. Компаратор 11 запускает задним фронтом ждущий мультивибратор 12 (фиг. 2к). От мультивибратора срабатывает компаратор 13 напряжения (фиг. 2м), что не дает разомкнуться контактам реле 14.

Только после формирования задне-. го фронта импульса на выходе компаратора 13 контакты реле 14 размыкаются и на выходе устройства появляется сигнал 27 с операционного усилителя 17 (фиг. 2). Задержка, определяемая длительностью импульса мультивибратора 12, должна быть больше интервала х - tg (фиг. 2е). Это время, в течение которого сигнал на выходе блока 9 деления поднимается от нуля до величины, соответствующей напряжению нижней аварийной уставки иj, (фиг. 2е). Уровень II определяется минимально, допустимым спротивлением изоляции.

Задержка (. 2е) дает возможность напряжению на выходе фильтр 10 достигнуть величины, равной напряжению на выходе блока 9 деления, которая определяется величиной измеряемого сопротивления изоляции.. При изменении величины измеряемого

сопротивления от О до R иэ max соответствует напряжению и,, на входе блока деления 9) устройство работает аналогично известному устройству, обесьечивая линейное преобразование измеряемого сопротивления Б выходное напряжение постоянного тока

Только при выходе напряжения с блока 7 фиксации из границ рабочего диапазона (от дои,д„) срабатывает компаратор 11, предотвращая появление на выходах устройства напряже.ния, равного нулю.

Устройство может быть реализовано юледующим образом.

В состав программного блока 8 входит автоколебательный мультивибратор на микросхеме 153УД2, делитель частоты на микросхеме 133ЕН5, логические схемы, вьщеляющие микроимпульсы из совокупности сигналов на выход делителя частоты (13ЗЛИ1, 13ЗЛАЗ). Генератор 1 является компаратором напряжения, на микросхеме 153УД1.

Блок 7 фиксации уровня дифференциальн;11й каскад на операционном усилителе (153УД2).

Блок 9 деления включает интегратор на микросхеме 153УД2, компаратор (153УД2), формирователь логического уровня для управления ключом 133ЛАЗ, ключ 143КТ1, генератор пилообразного напряжения на транзисторе 2Т203А, автоколебательный мультивибратор на транзисторах 2Т203А.

Фильтр 10-активный фильтр первого порядка на микросхеме 544УД1А, компаратор 11 - компаратор напряжения на операционном усилителе 153УД2. Ждущий мультивибратор 12 построен на операционном усилителе 15ЗУД2.

Компаратор 13 - компаратор напряжения на операционном усилителе 153УД2.

Реле 14 - реле РЭС64А в совокупности с логическим элементом ИЛИ, объединяющим управляющие сигналы обоих входов.

Источник15 опорного напряжения питающее напряжение в 15 В со стабилизатрра 142ЕН2.

Однополупериодный выпрямитель 16 построен на операционном усилителе 153УД2..

Предлагаемое устройство имеет значительную практическую цецность именно как датчик сигнала для системы аварийной автоматики. Оно не дает срывов выходного напряжения до нуля при контроле сопротивления изоляции высоковольтных сетей, имеющих разветвленную структуру в рабочем режиме, который предполагает включение и выключение рабочего напряжения контролируемой сети, подключение источников питания, резкое изменение величины нагрузки, подключение и отключение дополнительных цепей к контролируемой сети. Высокая помехозащищенность устройства обеспечивает возможность его широкого применения для контроля сопротивления изоляции силовых сетей постоянного тока.

л-ч

2

3 Т

Q

5,

ивых.

19 21

20

17

f6

II

/J

lif

г

J5

Фие.1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СЕТЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт. ей. W 761939, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности при коммутациях в сети, введены два компаратора напряжения, -ждущий мультивибратор, реле,источник опорного напряжения, фильтр низкой частоты, однополупериодньш выпрямитель на операционном усилителе,причем выход блока деления подключен к входам первого компаратора напряжения и фильтра низкой частоты, выход первого компаратора напряжения подключен к входу ждущего мультивибратора и к одному из выводов обмотки реле, вьход ждущего мультивибратора подключен к входу второго компаратора напряжения, выход которого соединен с другим выводом обмотки реле один из нормально разомкнутых контактов которого соединен с выходной клеммой устройства, другой из нормально разомкнутых контактов реле соединен с первым выхо(Л дом источника опорного напряжения, выход фильтра низкой частоты через однополупериодный выпрямитель нг. операционном усилителе соединен с выходной клеммой устройства, второй ;выход источника опорного напряжения ;соединен с корпусом (землей). ю 00