Способ определения сопротивления изоляции и емкости электрических сетей Советский патент 1989 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения сопротивления изоляции электрических сетей, и может быть использовано для определения изоляции и емкости сети по отношению к земле судовых сетей постоянного тока„ . .

Целью изобретения является повышение точности определения сопротивления изоляции при одновременном повышении его быстродействия,

На чертеже приведена блок-схема ; устройства для реализации предлагаемого способа;

Сущность сйосо€а заключается в том, что параллельно подключают к импедансу изоляции электрической сети до подачи в эту сеть единичного скачка измерительного ,напряжения дополнительный резистор, фиксирует наличие в сети установившегося режима, подают указанное напряжение на параллельное соеданение, что.обеспечивает в момент достижения экстремума измерительным напряжением увеличение опорной величины падения напряжения от активной составл:янщей полного тока измерительного сигнала и уменьшение

: . .3 . . 15

падШшя напряжения от этой составля- кщей полного тока на %шедансе изоляции сети. .

Измеряют падение от I емкостной составляющей полного тока

измерительного напряжения на импедан- :се-изоляции и величину опорного падения напряжения от этой составлякщей,, фиксируют момент достижения экстремума измерительньгм напряжением на импедансе изоляции сети, измеряют в этот момент величину падения напряжения от активной составляющей полного тока и опорную величину падения напряжения от этой«составляющей, определяют величину емкости сети, а затем определяют величину параллельного соединения сопротивления изоляции сети и дополнительного резистора и на основании этого определяют величину сопротивления изоля;ции сети по соответствующей формуле.

Значительное увеличение в момент достижения экструмума измерительным напряжением опорной величины падения напряжения от активной составляющей, полного тока измерительного напряже-. ння позволяет, во-первых, значительно .улучшить отношение сигнал/помеха, во-вторых, увеличение этого падения напряжения и одновременное уменьше- ние падения напряжения от этой же I составляющей полного тока измерительного напряжения на параллельном соеj динении импеданса изоляции и дополни- i тельного резистора в указанный момент I времени позволяет уменьшить инстру- 1 ментальную погрешность операции де- i ление в вычислителе, так как эта i операция проводится с соизмеримыми I величинами. Таким образом, .повышается точность измерения сопротивления изоляции электрических сетей,

В связи с тем, что после указанного подключения дополнительного резистора время достижения экстремума измерительным напряжением по предлагаемому способу уменьшается, уменьшается и общее время измерения, т.е, быстродействие измерения возрастает.

Ослабление требований к величине входного сопротивления реализующих способ устройств обусловлено тем, «что априорное значение величины дополнительного резистора и постоянных входных сопротивлений блоков устройства, на входы которых поступает измерительньй сигнал, параллельньж

10

15

20

5

56

O

35

0

45

0

5

17.4

дополнительному резистору, дает возможность учесть эти величины при выделении из шунтированного допол1ш тельным резистором импеданса изоля- Щ1и собственно величины сопротивления изоляции электрической сети.

Устройство содержит генератор Т импульсов, опорньй резис тор 2, .конденсатор 3, аналоговый ключ 4, индикатор 5, развязьшающий блок б, блок 7 определения экстремума, вычислитель. 8, блок 9 формирования пауз,

.задатчик 10 времени снятия информации, аналоговые запоминающие элемен ты 11 и 12, индикатор 13,высокоомный повторитель 14 напряжения, аналоговые ключи 15-17, аналоговый запоминающий элемент 18, элемент 19 задержки, вычислитель 20, дополнительньй резистор 21, вычислитель 22, выключатель 23, блок 24 дифференидрования, индикатор 25, входной зажим 26, земляной зажим 27, контролируемую сеть 28 с сопротивлениями изоляции RX (Rx.jRx ) и емкостью сети Су. (Су,, Схг)о

Первый выход генератора 1 импульсов через последовательно соединенные опорньй резистор 2 и конденсатор 3 соединен с входным зажимом 26 устройства, второй выход генератора 1 импульсов через зажим 27 подсоединен

к земле, первьй управляемьй вход генератора 1 импульсов соединен с выходом блока 9 формирования пауз, а .второй управляемьй вход генератора 1 импульсов соединен с выходом блока 7

.определения экстремума, входом блока 9 формирования пауз и четвертым входом первого вычислителя 8, третий вход которого соединен с первым выходом генератора 1 импульсов, а второй вход - с первым выводом конденсатора 3 непосредственно и через по- следовательно соединенные высокоомньй повторитель 14 напряжения, третий ключ 15 и аналоговьй запоминающий элемент 11с первым входом второго

вычислителя. 20, Первьй вход первого вычислит(шя 8 соединен .с выходом раз- вязываЮЕ;его блока 6 и входом блока 7 определения экстремума непосредственно и через последовательно соединенные четвертьй ключ Т6 и аналоговьй запоминающий элемент 12 с вторым входом второго вычислителя 20, выход которого через второй ключ 17 соединен с индикатором 13 Вход третьего вычислителя 22 соединен с выходом

первого, ключа 4, первый вход которого соединен с вторым выходом первого вычислителя 8, а второй (управляемый) вход - с первым выходом первого вычислителя 8, выход, третьего вычислителя 22 соединен с входом индикатора

- 1.

5, выход блока 9 формирования пауз соединен с вторыми входами аналоговых запоминакяцих элементов 11 и 12 и вто- рым входом аналогового 9апо шнающего элемента 18 непосредственно, а через задатчик 10 времени снятия информации с управляемыми входами аналоговых ключей 15 и 16, входом элемента 19 задержки, выход которого соединен с первым входом запоминающего элемента 18, выход аналогового запош нающего элемента 18 соединен с вторым (управляемым) входом аналогового ключа 17, второй вьшод конденсатора 3 соединен с входами развязывающего блока 6 и блока 24 дифференцирования непосредственно и через последовательно соединенные выключатель 23 и дополни- тельный резистор 21 с контуром заземления, выход блока 24 дифференцирования соединен с входом индикатора 25.

Устройство работает следующим образом.

После подключения устройства с помощью входного зажима 26 и йеследу- емой сети 28 и зажима 27 к земле замыкают выключатель 23, подключая к

тор 3 поступает в контролируемую сеть 28. Так как входное сопротивление развязьшающего блока 6, блока 24 дифференцирования и вычислителя в достаточно большое, то величина напряжения измерительного сигнала на входном зажиме 26 устройства определяется параллельным соединением величины дополнительного резистора 21 и величины импеданса изоляции сети 28, Величина этого параллельного соединения всегда меньше, чем падение измерительного напряжения только на импедансе изоляции сети 28, а это уменьшает диапазон изменения соотношений между падениями, напря™ жения измерительного сигналана импедансе изоляции сети 28 и опорном резисторе 2, что позволяет определит эти соотношения с меньшими инструментальными погрешностями в вычислителе 8.

Падение напряжения на параллельном соединении дополнительного-резистора 21 и импеданса изоляции сети 28 через развязывающий блок 6 непрерывно поступает на первый вход вычислителя 8 и на вход блока 7 определения экстремума. Одновременно через второй и третий входы в вычислитель 8 поступает информация о величине падения напряжения измерительного сигнала на опорном резисторе 2, т.е.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения изоляции и емкости сети по отношению к земле судовых сетей постоянного тока. Цель изобретения состоит в повышении точности определения сопротивления изоляции при одновременном повышении его быстродействия. Способ заключается в том,что перед подачей единичного скачка измерительного напряжения в электрическую сеть подключают параллельно импедансу изоляции электрической сети дополнительный резистор, фиксируют наличие в исследуемой сети установившегося режима, после определения емкости контролируемой электрической сети определяют величину параллельного соединения сопротивления изоляции электрической сети и дополнительного резистора и определяют величину сопротивления изоляции электрической сети по формуле R_X=R_и R_к/R_к-R_и, где R_и - сопротивление параллельного соединения изоляции электрической сети и дополнительного резистора R_к - сопротивление дополнительного резистора.

входному зажиму 26 дополнительньй ре- фактически информация о величине

зистор. 21. Завершение переходного процесса в сети 28,.вызванного подключением дополнительного резистора 21, определяется с помощью блока 24 дифференцирования и индикатора 25, выведенного на переднюю панель устройства

При завершении переходного процесса в сети 28 сигнал с выхода блока 24 дифференцирования исчезает, и на индикаторе 25 появляется информация о том, что в сети 28 наступил ,

полного тока измерительного сигнал В момент достижения измерителькьм сигналом на указанном параллельтюм соединении дополнительного резисто

40 21 и и теданса изоляции сети 28 эк ремума, что определяется с помощ1 1о блока 7 определения экстрем -ма, ем костная составлякндая тока измерите ного сигнала обращается в нуль, а

45 величина полного тока опред.еляется исключительно активной составляюще

Величина,, параллельного соедине дополнительного резистора 21 и соп тивления R)( изоляции сети 28 в выч

Величина,, параллельного соеди дополнительного резистора 21 и с тивления R)( изоляции сети 28 в в

R

И

R.

установившийся режим. После этого запускают генератор 1 импульсов, а информация с индикатора 25 готовности 50 лителе 8 определяется по формуле в работе устройства уже не использу- ется, так как она необходима только до запуска генератора. При запуске генератора 1 импульсов на его выходе по- является единичный скачок измеритель- 5 ного напряжения, образующий передний фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал через опорный резистор 2 и калиброванный конденсагде Rt, по Сопротивление п

К тК I,

Uia..,

URo

Rx RK

RX+RK

лельного соединения доп тельного сопротивления сопротивления изоляции ти 28;

полного тока измерительного сигнала. В момент достижения измерителькьм сигналом на указанном параллельтюм соединении дополнительного резистора

21 и и теданса изоляции сети 28 экстремума, что определяется с помощ1 1о блока 7 определения экстрем -ма, емкостная составлякндая тока измерительного сигнала обращается в нуль, а

величина полного тока опред.еляется исключительно активной составляющей .

Величина,, параллельного соединения дополнительного резистора 21 и сопротивления R)( изоляции сети 28 в вычис-

лителе 8 определяется по формуле

R

И

R.

лителе 8 определяется по формуле

где Rt, по Сопротивление парал К тК I,

Uia..,

URo

Rx RK

RX+RK

лельного соединения дополнительного сопротивления 21 и сопротивления изоляции сети 28;

Uh - падение измерительного на пряжения на указанном параллельном соединении; и. -падение измерительного ка- - пряжения на опорном резисторе 23;

R. - сопротивление .дополнительного резистора.

Сигнал о наступлении экстремума с выкодз блока 7 определения экстремума поступает одновременно на чет- . вертый вход вычислителя 8, на второй yПpaвпяeмыйiвход генератора 1 импуль- COS к на вход блока 9 формирования пауз.

До этому сигналу на выходе генератора 1 импульсов формируется задний фронт измерительного импульса, в блоке 9 формирования пауз начинается отсчет паузы, в вычислителе 8, на тре- тий вх;од которого поступает информа- 1ЩЯ о наличии импульса на выходе генератора 1 импульсов, вырабатывается сигнал, дающий р.азрешение на замыкание ключа 4, Ука занный сигнал через первый выход вычислителя 8 поступает на второй вход аналогового ключа 4. При замыкании ключа 4 информация о величине параллельного соединения дополнительного резистора 21 и сопротивления изоляции сети 28 со .второговыхода .вычислителя 8 через ключ 4 поступает на первый вход третьего вычислителя 22, в который заранее введенй информация о величине дополнительного резистора 21.

Устройство позволяет- учесть внутреннее сопротивление блоков устройства. В этом случае в вычислитель 22 может.вводиться величина, учитьюаю- щая не просто величину дополнительного резистора 21, а с учетом шунтирования ее входным сопротивлением устройства (развязьшающего блока 6), входньм сопротивлением блока 24 дифференцирования и входным сопротивлением вычислителя 8,

В вычислителе 22 определяется искомая величина сопротивления изоляции RX сети 28 по формуле

п RH-RK

X й™о

RK RM

где RX - искомая величина сопротивления изоляции электрической сети;

R, - сопротивление параллельного соединения изоляции электрической сети и дополнитель. ного сопротивления-,

i - сопротивление дополнительного резистора.

Определенная в вьиислителе 22 величина сопротивления изоляции электрической сети с первого выхода вычислителя 22 поступает на вход индикатора 5о Таким образам, на индикатор 5 вьгеодится информация о величине Сопротивления изоляции R в к онтролируемой сети 28-, определенная только после полного заряда емкости С сети 28 током измерительного сигнала, когда емкостная составляющая этого тока равна нулю,

После формирования паузы, необходимой для проведения устройства и его блоков в исходное состояние, с выхода блока 9 формирования пауз на первый вход генератора .1 импульсов поступает

сигнал, по которому на выходе генератора 1 импульсов формируется очередной единичный скачок измерительного напряжения, и начинается следующий цикл измерения.

Принцип измерения емкости совпада - ,ет с техническим решением прототипа И заключается в следующем.

Так как разделительньм конденсатор 3 является калиброванным, а емкость

Су сети 28, шунтирующую сопротивление изоляции R), можно представить как делитель напряжения, падения напряжения на плечах которого (особенно в начальньй период времени, когда шунтирующее влияние сопротивления изоляции сети и параллельного ему дополнительного резистора пренебрежимо мало) обратно пропорционально величинам указанных емкостей, то, измерив падение напряжения измерительного сигнала на-конденсаторе 3 и емкости GX (импедансе изоляции сети), можно определить величину емкости С сети 28 по формуле

г - г . . -х Ч

и,

сх

где Сд --величина емкости раздели

тельного конденсатора.

и

Со U(. - падения напряжения измери тельного напряжения в нач а- . ле переходного процесса

установления измерительног напряжения на разделительном конденсаторе 3 и импедансе изоляции сети 28 о Указанная операция должна быть осуществлена в момент, кст-да шунтирующее влияние сопротивления изоля- ;ции сети 28 и параллельного ему до- полнительного рези стора 21 на величину сопротивления емкости С сети 28 : измерительному сигналу незначительно. Как правило,это условие .соблюдается в начальньй отрезок времени после подачи единичного скачка измерительного напряжения в.контролируемую сеть 28, когда активная составляющая тока измерительного сигнала близка к нулю или много меньше емкостной составляющей этого полного тока. Особенно это справедливо для сетей с болыпнми емкостями относительно земли.

Выбор времени t,, измерения падений измерительного напряжения на емкости калиброванного заранее разделительного конденсатора 3 и емкости С}( сети 28 осуществляют заранее, исходя из диапазона величин сопротивления изолягу и R)5, параллельного ему калиброванного сопротивления 21, и емкости С сети 28, на измерение ко- торьк рассчитано устройство.

Сигнал с выхода блока 9 формирования пауз, сформированный после завершения паузы, поступает на первьй уп- равляемьй вход генератора 1 импульсо для подачи в сеть 28 единичного скачка измерительного напряжения, на вход задатчика 10 времени снятия информации, переводя его в неустойчивое состояние, и на вторые входы (входы стирания) аналоговых запоминающих элементов 11 и 12, переводя их в исходное состояние.

При этом на управляемые входы за- мьшающих ключей 15 и 16 поступает сигнал, вызывающий их замыкание. Вследствие этого на входы аналоговых запоминающих элементов 11 и 12 начинают поступать величины падения напряжения измерительного сигнала на конденсаторе 3 и емкости Су сети 28 соответственно. Так как оба эти напряжения во времени увеличиваются, то в момент возвращения задатчика 10 времени снятия информации в исходное состояние ключи 15 и 16 размыкаются, на выходах аналоговых запоминающих элементов 11.и 12 фиксируются паде0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ния напряжения на конденсаторе 3 и емкости С ц сети 28 в момент времени

tK.

Напряжения с выходов аналоговых запоминающих элементов 11 и 12 поступают на соответствунщие входы вычислителя 20, где определяется их отношение, на выходе вычислителя 20 появляется сигнал, пропорциональный величине емкости С сети 28. По сигналу с выхода, задатчика 10 (при возвращении его в исходное состояние), прошедшему через элемент 9 задержки, запоминающий элемент 18 переходит в состояние 1, при котором замыкается ключ 17, и информация о величине емкости сети и выхода вычислителя 20 поступает на индикатор 13,

Введение элемента 19 задержки обусловлено необходимостью выделения времени на проведение собственно вьиис- лительных операций в вычислителе 20. При наличии нового цикла измерений по сигналу с выхода блока 9 формирования пауз запоминающий элемент 18 переводится в состояние 0, и ключ 17 размыкается.

Наличие ключа 17 обусловлено необходимостью исключения передачи на индикатор 13 искаженной инфор маш и в моменты, в которые вычислительные операции еще не завершены,

Формула изобретения

Способ определения сопротивления изоляции |И емкости электрических сетей, заключающийся в том, что подают в исследуемую сеть единичкьш скачок измерительного напряжения, в начале переходного процесса установления измерительного напряжения на импедансе изоляции сети измеряют падение напряжения от емкостной составляющей полного тока измерительного напряжения jHa импедансе изоляции и на эталонном, конденсаторе, измеряют в момент фиксации достижения экcтpeмy 5a измерительным напряжением величину падения . напряжения от активной составляющей полного токН на иьшадансе изоляции и на эталонном конденсаторе и рассчитывают величину емкости сети, о т - ли.чающийся тем, что, с целью повьш1ения точности определения сопротивления изоляции при одновременном повьшении его быстродействия, перед подачей единичного скачка изме