Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей Советский патент 1986 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения сопротивления изоляци электрических ceteft постоянного тока с повышенным уровнем пульсаций и однофазных сетей переменного и переменно-постоянного токов, имеющих эквивалентнзто схему электрической сети в виде трех параллельно включенных цепей из двух последовательно соединенных резисторов, конденсаторов и источника сигнала по- ,стоянного и/или переменного токовj при этом общие точки соединения резисторов и конденсаторов соединены с корпусом (землей).

Цель изобретения - повьпяение точности измер:гний в сетях постоянного тока и расширение функциональных возможностей устройства за счет обе печеиия измерений в однофазных сетя переменного и переменно-постоянного токов.

На фиг.1 изображена стрз ктурная схема предлагаемого устройства с блоком уравнивания напряжений переменного тока, выполненного в статическом варианте; на фиг.2 -- то же, с блоком уравнивания напряжения переменного тока, выполненного в динамическом варианте; на фиг.З - вариант вьшолнения блока з равления устройства по структурной схеме на фиг.2.

Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов, опорные резистор 2 и 3, конденсаторы 4 и 5, ключ 6, индикатор 7, блок 8 определения экстремума, вычислительный блок 9, блок 10 формирования пауз, элемент il задержки, развязьшающие блоки 12 и 13, сумматор 14, фильтр-сумматор 15, блок 16 уравнивания напряжений переменного тока, первая 17 и вторая 18 клеммы устройства для подключения контролируемой электрической сети. Блок 16 уравнивания напряжений переменного тока вьшол- нен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов 19 и 20.

Первьй выход генератора 1 импульсов соединен с корпусом устройства, а второй выход генератора 1 импульсов через последовательно соединенные опорньй резистор 2 и конденсато 4 соединен с. входной клеммой 17 и входом развязьшающего блока 12, а череэ последовательно соединенные опорный резистор 3 и конденсатор 5

И)

15

25

24743S

с клеммой 18 и входом развязьгоающе- го блока 13. Выходы развязьшающих блоков 12 и 13 соединены соответственно с первым и вторым входами

g фильтра-сумматора 15 сетевых токов, второй выход которого соединен с корпусом (землей), а первый выход - с вторым входом вьиислительного блока 9 непосредственно и через блок 8 определения экстремума - с управляемым входом ключа 6, входами блока 10 формирования пауз и элемента 11 задержки, вькод которого соединен с вторым управляемым входом генератора 1 импульсов, первый управляемый вход которого соединен с выходом блока 10 формирования пауз. Первые выводы опорных резисторов 2 и 3 соединены с вторым выходом гене2Q ратора 1 импульсов, а вторые вьшо- ды - соответственно с вторым и третьим входом сумматора 14, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 9. Выход вычислительного блока 9 через ключ 6 соединен с индикатором 7.

При выполнении блока 16 уравнивания напряжений переменного тока в виде последовательного соединения двух конденсаторов 19 и 20 их общая точка соединена с выходом блока 16 уравнивания напряжений переменного тока, которая подключена к корпусу (земля) устройства, а входы блока 6 соединены с соответствующими клемзчами 17 и 18 устройства.

Устройство (фиг.2) дополнительно содержит элемент И 21 и соединительный проводник 22, а блок 16 уравнивания напряжений переменного тока выполнен в виде конденсатора 23 регулируемой емкости, переключателя 24, измерителей 25 и 26 напряжения, элемента 27 сравнения, блока 28 управления и исполнительного элемента 29, Блок 28 управления (фиг.З) устройства выполнен в виде разнопо- лярных пороговых элементов 30 и 31, усилителя 32 рассогласования и нуль- органа 33.

SO

На фиг.1 и 2 блок определения экстремума выполнен в виде элемента сравнения, первый вход которого является входом блока определения 55 экстремума, а второй вход - соединен с первым входом через линию задержки, выход элемента сравнения соединен с входом порогового элемента.

30

35

45

выход которого является выходом блока определения экст,ремума.

Вычислительный блок 9 представляет собой делительный блок, определяющий сопротивление R изоляции электрической сети -в соответствии с математическим выражением

R.

- У« .R

и«;

где и - напряжение на импедансе

изоляции; Ug - напряжение на опорном

резисторе 2;

R,j - значение сопротивления резистора 2.

Аналогичное математическое выражение используется дпя определения сопротивления изоляции по цепи резистора 3.

Блок 10 формирования пауз вьтол- нен в виде одновибратора (ищущий мультивибратор).

Развязьшающие блоки 12 и 13 могут быть вьшолнены в виде конденсаторов .

Фильтр-сумматор I5 вьшолнен в виде сумматора токов, на операционном усилителе.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

При запуске генератора 1 импульсов на его выходе появляется единичный скачок измерительного напряжения образующий передний фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал через опорные резисторы 2 и 3 .с одинаковыми сопротивлениями и равные по емкости конденсаторы 4 и 5 поступает в исследуемую сеть. Так как входное сопротивление сумматора 14 (при вьшолнении развязьшающих блоков 12 и 13 в виде конденсаторов) или входное сопротивление развязывающих блоков 12 и 13 обеспечивается боль- щим, то величина напряжения измерительного сигнала на клеммах 17 и 18 устройства определяется, главным образом, параллельным соединением сопротивлений изоляции и емкостей полюсов (фаз) сети и выходных емкостей конденсаторов 19 и 20 устройства. Это напряжение через развязывающие блоки I2 и 13 непрерьшно поступает на входы (фильтра-сумматора 15 сетевых токов. Одновременно на входы фильтра-сумматора 15 сетевых токов в противофазе поступают равные (или примерно равные) напряжения.

2247434

вызьшаемые присутствующими в контролируемой сети пульсациями, гармониками и другими составляющими напряжения переменного тока, из которого 5 создается напряжение контролируемой сети постоянного тока, а для случая контроля состояния изоляции однофазной сети переменного тока - напряжения, определяемые рабочим на10 пряжением контролируемой сети. Равенство указанных напряжений переменного тока, поступающих одновременно с падениями напряжения от измерительного сигнала на фильтр-сум15 матор 15 сетевых токов, обеспечивается с помощью блока 16 уравнивания напряжений переменного тока. Это достигается тем, что емкости конденсаторов 19 и 20 выбираются рав20 ными между собой и примерно на порядок больще емкости каждого из полюсов (фаз) контролируемой сети относительно корпуса (земли), что практически обеспечивает равенство

25 потенциалов (напряжений) переменного тока на полюсах (фазах) сети относительно корпуса (земли). Так .как измерительный сигнал поступает на фильтр-сумматор . 15 сетевых токов в

30 фазе (т.е. с одним знаком), а сигналы переменного тока из сети в противофазе, то фактически фильтр-сумматор 15 сетевых токов подавляет помеху переменного тока и выделяет

35 только полезный, измерительный сигнал. При этом величина падения напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции при прохождении через фильтр-сумматор 15 сетевых

40 токов не изменяется, так как оба входа фильтра-сумматора 15 для измерительного сигнала (из-за пренебрежимо малого внутреннего сопротивления Vf. источника энергии сети)

45 фактически представляют одну электрическую точку ( в отличие от случа- :ев суммирования) токов сети, определяемых пульсациями, гармониками и другими составляющими переменного

50 |Тока, так как в этом последнем случае между входами фильтра-сумматора 15 включен источник этих сигналов).

Роль сумматора 14, когда на его входы поступают с выходов опорных 55 резисторов 2 и 3 (датчиков тока)

в фазе падения напряжения на этих резисторах от измерительного сигнала и в противофазе падения напряжения на опорных

резисторах 2 и 3 от переменных токов в контролируемой сети, заключается в том, что в сумматоре 14 помеха подавляется, а падения напряжения от измерительного сигнала суммируются, характеризуя величину полного тока измерительного сигнала в цепи измерительного сигнала.

Таким образом, благодаря введе- кию в устройство блока 16 уравнивания напряжений переменного тока, сумматора 14, фильтра-сумматора 15 сетевых токов, второго опорного резистора 3 и второго развязывающего блока 13 на вычислительный блок 9 и блок 8 определения экстремума по- .тупают сигналы, у которых отношение сигнал/помеха значительно выше, что повышает точность измерения и рас- ширяет область применения устройства

В момент достижения напряжением измерительного сигнала на клеммах 17 и 18 экстремума, что определяется с помощью блока 8 определения экст- ремума, емкостная составляющая тока измерительного сигнала обращается в нуль и величина полного тока измерительного сигнала определяется исключительно его активной состав- ляющей. Сигнал об этом с выхода блока 8 определения экстремума поступает одновременно на управляемый вход ключа 6 и на вход блока IО формирования пауз, а через элемент 11 задержки - на второй управляемый вход генератора 1 импульсов. Поступление указанного сигнала на управляемый вход ключа б йедет к его за№,- канию и поступлению на вход индикато 7 с выхода вычислительного блока 9 информации о величине сопротивления изоляции контролируемой сети (котора может непрерывно вырабатываться в вычислительном блоке 9 и до наступле- ния экстремума в виде частного от деления величины напряжения измерительного сигнала,на клеммах 17 и f8 на величину суммы падений напряжения измерительного сигнала на опорных резисторах 2 и 3, но которая соответствует истине только в момент наступ ления экстремума).

Поступление сигнала о достижении экстремума через элемент 11 задерж- ки на второй управляемый вход генератора 1 импульсов вызывает формирование заднего фронта измерительного импульса. Элемент 11 задержки вводится для того, чтобы обеспечить присутствие на некоторое время падений напряжений измерительного сигнала на импедансе изоляции сети и опорных резисторах уж после достижения эестремума. Это время должно лишь немного превышать время срабатывания ключа 6.

Поступление сигнала о достижении экстремума на вход блока 10 формирования пауз приводит к формированию времени паузы между измерительными сигналами (что необходимо для приведения устройства и его блоков в исходное состояние), после чего с выхода блока 10 форшфования пауз на первый управляемый вход генератора 1 импульсов поступает сигнал, по которому на втором выходе генератора 1 импульсов формируется очередной единичный скачок измерительного напряжения , (передний фронт и вершина импульса и начинается новый цикл измерений.

Устройство (фиг.2)работает следующим образом.

На первом этапе происходит уравнивание величин емкостей полюсов (фаз) контролируемой сети с помощью конденсатора 23 регулируемой емкости, а затем (после завершения уравнивания) начинается вьплеописанньй процесс измерения сопротивления изоляции путем подачи в контролируемую сеть измерительного сигнала. В этом случае начало второго этапа, т.е. подача в контролируемую сеть единичного скачка напряжения, осуществляется подачей .на первый управляемый вход генератора 1 импульсов сигнала не непосредственно с выхода блока 10 формирования пауз, а с выхода логического элемента И 21, первый вход которого соединен с выходом блока 10 формиро- вания пауз, а второй вход через про- водник 22 - с выходом блока 16 уравнивания напряжений, который является четвертым выходом блока 28 управления. Сигнал на выходе последнего пояат1яется лишь при достижении равенства напряжений переменного тока на полюсах (фазах) сети по отношению к корпусу (земле).Именно одновременное наличие указанного сигнала на втором входе элемента И 21 и потен циального сигнала на выходе блока 10 форм:нрования пауз (исчезающего

1

с выхода блока 0 в период формирования паузы и появляющегося на нем после завершения ее формирования,т.е. по истечении заданного времени после появления сигнала о достижении экстремума) дает возможность осуществлять подачу в контролируемую сеть единично- то скачка измерительного напряжения.

Устройство на первом этапе работает следующим образом.

Сигналы с выходов измерителей 25 и 26 напряжения переменного тока сравниваются на элементе 27 сравнения и в зависимости от соотношения между ними в блоке 28 управления (фиг.З) срабатывает пороговый элемент 30 положительной полярности или пороговый элемент 31 отрицательной полярности, что ведет к подключение выхода переключателя 24 к первому или второму его входу. Затем сигнал рассогласования с выхода элемента 27 сравнения, пройдя через усилитель 32 рассогласования блока 28 управления, через первьш его выход поступает на вход исполнительного элемента 29, которьй начинает изменять величину емкости конденсатора 23 таким образом, чтобы уменьшить сигнал рассогласования. При снижении сигнала рассогласования ниже наперед заданного уровня работа исполнительного элемента 29 по изменению емкости конденсатора 23 регулируемой емкости прекращается, а на выходе нуль-органа 33 появляется сигнал, который несет информацию о завершении процесса уравнивания емкостей и напряжений переменного тока. Этот сигнал поступает на четвертый выход блока 28 . управления и, следовательно, на выход блока 16 уравнивания напряжений, что обеспечивает подачу единичного скачка измерительного напряжения в контролируемую сеть. Это происходит потому, что на первом входе логического элемента И 21 уже присутствует потенциальньй уровень, который исчезает только в момент формирования паузы.

Вьтолнение блока 16 уравнивания напряжений с применением конденсатора 23 регулируемой емкости, конечно, более сложно в структурной реализации и удлиняет процесс измерения, однако имеет и преимущество, заключающееся в том, что позволяет не увеличивать значительно дополнительную емкость в устройстве и дает возмож247438

ность более легкой (с точки зрения тех нологической реализации) дополнительной емкости,уменьшения габаритов и емкостных токов измерительного сигна- - ла и контролируемой сети. Погршность измерений устройства в сетях постоянного тока имеет величину 0,4%, а в сетях переменного и переменно- постоянного токов - 0,7%.

10

Формула изобретения

Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических тей, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с корпусом, первый управляющий вход подключен к выходу блока формирования пауз, а второй управляющий вход

2Q подключен к выходу элемента задержки, вход которого соединен с входом блока формирования пауз, последовательно соединенные вычислительный блок, ключ и индикатор, первый

25 конденсатор, первый вывод которого соединен с входом первого развязьша- ющего блока и с первой клеммой устройства для подключения контролируемой электрической сети, и блок определения экстремума, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в сетях ; постоянного тока и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерений в однофазных сетях переменного и переменно- постоянного токов, в него введены два опорных резисто-ра, второй конденсатор., сумматор, второй развя- зьшаюпщй блок, фильтр-сумматор и блок уравнивания напряжений переменного тока, при этом второй выход генератора импульсов соединен с первым входом сумматора непосредственно и через первый опорньй резистор - с вторым вьшодом первого конденсатора и с вторьм входом сумматора, а через второй опорный резистор - с первым выводом второго конденсатора и с третьим входом сумматора, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с входом блока определения экстремума и с выходом филь55 тра-сумматора, первьй вход последнего соединен с выходом первого раз- вязьтающего блока, а второй вход через второй развязьшающий блок

35

40

45

50

9

соединен с вторым вьшодом второго конденсатора, с второй клеммой устройства для подключения контролируемой электрическЬй сети, и с пер вь1М входом блока уравнивания напря жений переменного тока, второй вход которого соединен с входом первого развязьюающего блока, выход блока уравнивания напряжений переменного тока подключен к корпусу устройства и .к второму выходу фильтра-сумматора, первый выход блока определения экстремума соединен с управляющим входом ключа, а второй выход соединен с входом элемента задержки.

2.Устройство по п.1,отличающееся тем, что блок уравнения напряжений выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов,общая точка соединения которых является выходом блока уравнивания напряжений переменного тока.

3.Устройство по ПП.1 и 2,, о т - личающ ееся тем, что между первым управляющим входом генератора импульсов и выходом блока формирования пауз введен элемент И, второй вход которого соединен с дополнительным выходом блока уравнивания напряжений переменного тока, выполненного в виде переключателя, двух измерителей напряжения, элемента сравнения, блока управления исполнительного элемента и конденсатора регулируемой емкости, при этом первый вход переключателя, являющийся первьм входом блока уравнивания напряжений переменного тока, соединен с первые входом первого измерите

2474310 .

ля напряжения, второй вход переключателя, являющийся вторым входом блока уравнивания напряжений переменного тока, соединен с первым вхог дом BTopoi;o измерителя напряжения,, второй вход которого является первым выходом блока уравнивания напряжений переменного тока и соединен с вторым входом первого измерителя

0 напряжения и первым вьшодом конденсатора регулируемой емкости, второй вьшод которого подключен к выходу переключателя, управляющий вход конденсатора регулируемой емкости через

{J исполнительный элемент подключен к первому выходу блока управления, второй и третий выходы последнего соединены с соответствующими управляющими входами переключателя, вход блока

20 управления соединен с выходом элемен та сравнения, первый и второй входь ко торого соединены с соответствующими выходами измерителей напряжения, четвертьш вьсход блока управления

25 является дополнительным выходом

блока уравнивания напряжений переменного тока.

4, Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде двух раз- нополярных пороговых элементов, нуль-органа и усилителя раЛогласо- вания, при этом их входы являются входом блока }шравления, а выходы двух разнополярных пороговых элементов являются соответствующими первым и вторым выходами блока управления, выходы усилителя рассогласования и нуль-органа являются; соответственно третьим и четвертым

30

35

40

выходами блока управления.

ШШожн/пм иена тнтрелв j3yenou ее/ml

Изобретение может быть использовано для измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока с повьшзенным уровнем пульсаций и однофазных сетей переменного и переменно-постоянного токов, имеющих эквивалентную схему электрической сети в виде трех параллельно включенных цепей из двух последовательно соединенных резисторов, конденсаторов и источника сигнала постоянного или переменного токов. Общие точки соединения резисторов и конденсаторов должны быть соединены с корпусом (заземлены) . Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей достигается введением в устройство опорных резисторов 2 и 3, конденсатора 5, сумматора 14, развязывающего блока 13, фильтра-сумматора 15 и блока 16 уравнивания напряжений переменного тока, выполненного на конденсаторах 19 и 20. Кроме того, устройство содержит генератор 1 импульсов, конденсатор 4, ключ 6, индикатор 7, блок 8 определения экстремумов, вычислитель 9, формирователь 10 пауз, элемент 11 задержки, развязьшающий блок 12, клеммы 17 и 18 для подключения сети. 3, 3 . п. ф-лы. 3 ил. (О (Л ts9 Ю 4 -si 4; 00

Составитель Л.Муранов Редактор А Ренин Техред Н.БонкалоКорректор М. Максимипшнец

eee ee ee tiete л - ««.в J I .V J n L «M « V,

Заказ 1947/45 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

(риг.З