Устройство контроля состояния изоляции электрооборудования Советский патент 1990 года по МПК G01R31/02 H02H3/16 

1

(21)4475411/24-21

(22)18.08.88

(46) 23.05.90. Бюл. № 19

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов

(72)Е.А. Беляев

(53)621.317.799 (088.8)

(56)Семенов Н.М., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовне магнитометры. Л.: Энергия, 1978, с. 131 .

Патент ФРГ № 2124178, кл. Н 01 Н 3/16, 1971 .

(54)УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

(57)Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для обеспечения безопасности эксплуатации электроустановок потребителей за счет непрерывного косвенного бесконтактного контроля тока утечки как разности входного и выходного токов электрооборудования. Цель изобретения - расширение области использования и повышение точности контро ля. Это достигается путем исключения мультипликативной составляющей погрешности при контроле тока утечки как разности входного и выходного токов электрооборудования. Исключение мультипликативной составляющей погрешности достигается дифференциальным включением двух дифференциальных магнитных модуляторов. Устройство содержит источник 1 питания, внешний трубчатый токопровод 2, внутренний трубчатый токопровод 3, первый 4 и второй 5 цнфференциатьчые магнит-- ные модуляторы, обмотки 6, 7 возбуж- дения первого дифференииатышго магнитного модулятора, обмотки Я, возбуждения второго дифференциального магнитного модулятора. обмотку 10 первого дифференциального магнитного модулятора, выходную обмотку 11 второго дифференциального магнитного модулятора, электрооборудование 12, генератор 13 возбужденHP, избирательный усилитель 14, детектор 15, блок 16 представления информации, компаратор 17, формирователь 13 сигнала управления блока защитного отключения. Устройство характеризуется повышенной точностью контроля при значительных токах потребления нагрузки.

ил.

W

с:

ел

О)

с Ctf

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для обеспечения безопасности эксплуатации электроустановок потребителей за счет непрерывного косвенного бесконтактного контроля тока утечки как разности входного и выходного токов электрооборудования. Цель изобретения - расширение области использования и повышение точности контроля. Это достигается путем исключения мультипликативной составляющей погрешности при контроле тока утечки как разности входного и выходного токов электрооборудования. Исключение мультипликативной составляющей погрешности достигается дифференциальным включением двух дифференциальных магнитных модуляторов. Устройство содержит источник питания 1, внешний трубчатый токопровод 2, внутренний трубчатый токопровод 3, первый 4 и второй 5 дифференциальные магнитные модуляторы, обмотки возбуждения 6, 7 первого дифференциального магнитного модулятора, обмотки 8, 9 возбуждения второго дифференциального магнитного модулятора, выходную обмотку 10 первого дифференциального магнитного модулятора, выходную обмотку 11 второго дифференциального магнитного модулятора, электрооборудование 12, генератор 13 возбуждения, избирательный усилитель 14, детектор 15, блок 16 представления информации, компаратор 17, формирователь 18 сигнала управления блока защитного отключения. Устройство характеризуется повышенной точностью контроля при значительных токах потребления нагрузки. 2 ил.

t г

со

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для обеспечения безопасности эксплуатации электроустановок потребителей за счет непрерывного косвенного бесконтактного контроля тока утечки как разности входного и выходного токов электрооборудования.

Цель изобретения - расширение области использования и повышение точности контроля.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства с условным разнесением сердечников модуляторов; на фиг. 2 - пример возможного выполнения устройства, обеспечивающего независимую настройку элементов магнитного преобразователя и токопро- водов.

Устройство содержит источник 1 питания, внешний трубчатый токопровод 2, внутренний трубчатый токопровод 3, первый дифференциальный магнитный модулятор 4, второй дифференциальный магнитный модулятор 5, обмотки 6 и 7 возбуждения первого модулятора, обмотки 8 и 9 возбуждения второго модулятора, выходную обмотку 10 первого модулятора, выходную обмотку 11 второго модулятора, электрооборудование 12, генератор 13 возбуждения, избирательный усилитель 14, детектор 15, блок 16 представления информации,- компаратор 17, формирователь 18 сигнала управления блока защитного отключения. Первый вывод источника 1 питания соединен с внешним трубчатым, токопроводом 2, а второй вывод - с внутренним трубчатым токопроводом 3, второй вывод которого соединен с первым входом электрооборудования 12, второй вход которого соединен с вто- - рым выводом внешнего трубчатого токо- провода 2, обмотки возбуждения первого 6, 7 и второго 8, 9 дифференциальных магнитных модуляторов 4 и 5 соединены между собой последовательно,, а их крайние выводы соединены с первым и вторым выходом генератора 13 возбуждения, выходные обмотки 10 и 11 первого и второго дифференциальных магнитных модуляторов соединены между собой последовательно и встречно, а своими свободными выводами соединены с входами избирательного усилителя 14, выход которого соединен с входом детектора 15, выход которого соединен с первым входом блока 16

0

5

0

5

0

5

0

5

представления информации и входом компаратора 17, первый выход которого соединен с вторым входом блока 16 представления информации, второй вы-- ход компаратора 17 соединен с входом формирователя 18 сигнала управления блока защитного отключения, выход которого является выходом устройства.

Работа устройства заключается в следующем.

Производится ориентировка магнитных модуляторов 4 и 5 по отношению к внешним магнитным полям (помехам) Н, Ориентировка производится при полностью включенном устройстве, но при отсутствии тока нагрузки в токо- проводах 2 и 3, по минимуму информативного сигнала в блоке 16 представления информации. Генератор 13 возбуждения вырабатывает знакопеременные периодические с частотой f импульсы тока с амплитудой, достаточной для того, чтобы обеспечить значительное, перенасыщение сердечников модуляторов 4 и 5 при прохождении импульсов по обмоткам 6 и 7, 8 и 9. В этом случае каждый из модуляторов работает как феррозонд, чувствительный ко всем внешним постоянным и маломеняющимся по сравнению с частотой Ј0 магнитным полям. Задачей предварительной ориентировки является нахождение такого пространственного расположения модуляторов 4 и 5, когда информативный сигнал выходной цепи, общей для обоих модуляторов, минимален . Встречное включение выходов каждого из модуляторов в общей цепи обеспечивает практически нулевой уровень выходного сигнала помехи. Зависимость выходного сигнала каждого и из модуляторов от пространственного расположения по отношению к превалирующему магнитному полю объясняется в первую очередь анизотропностью магнитных свойств сердечников и неидентичностью обмоток возбуждения сердечников, а также несимметричностью выходной обмотки модулятора. На практике ориентировка модуляторов осуществляется попеременным вращением их вокруг собственных осей до получения минимального отсчета индикатора в блоке 16 представления информации .

При достаточно хорошей идентичности модуляторов 4 и 5 можно достичь практически нулевого отклонения, что

51

в последующем предопределяет возможность измерения малых значений тока утечки. В таком положении модуляторы 4 и 5 фиксируют конструктивными крепежными элементами (на фиг. 2 не показаны) на плате 19. Крепежные детали и сама плата 19 должны быть выполнены из м агнитных диэлектриков. Дополнительно плата с модуляторами может быть перемещена в магнитный экран, что увеличивает потенциальные возможности измерения всего устройства в целом в условиях значительных напряженностей полей помех. Вся система в целом имеет значительно меньший порог чувствительности че отдельный модулятор, и одновременно с этим уменьшается влияние дестабилизирующих факторов, таких как не- стабильность частоты i0 , дрейф нуля отдельного модулятора, температурный уход и пр.

Производится ориентировка магнитных полей рассеяния токопроводов 2 и 3 относительно контура интегрирования модулятора 4„ По токопроводам 2 и 3 во встречных направдениях пропускается один и тот же ток максимально возможного для данного сечени токопроводов значения. Поочередным врап1ением, а при необходимости и незначительным смещением, токопроводов 2 и 3 в окне модулятора 4 относително его геометрической оси добиваются возвращения показаний индикатора в блоке 16 к нулевому уровню. Положени токопроводов 2 и 3 фиксируют, например, с помощью штифтов или винтов в крепежных узлах 20. В этом случае то- копроводы 2 и 3 независимо друг от друга имеют и сохраняют оптимальное положение, в котором действие магнитных полей тока, протекающего по токопроводам во встречных направле- ниях, взаимно компенсируется практически в каждой точке интегрирующего контура модулятора 4, чем устраняется появление методической мультипликативной погрешности всей сие- темы первичного преобразователя ДТ- ДН, сохраняется порог чувствительности, достигнутый введением в устройство модулятора 5, до весьма больших значений сравниваемых токов. Магнитный преобразователь готов к работе.

При включении низковольтного питания (аккумулятора), например троллей0

5

J

0

5 о о 0

1 }6

буса, от которого работают все управляющие аппараты машины, одновременно подается питание на устройство контроля изоляции. Генератор 13 начинает вырабатывать импульсы тока с частотой f0 , поступающие в обмотки 6, 7 и 8, 9 возбуждения, модуляторов 4 и 5 соответственно, приводя их сердечники в состояние, характеризующееся знакопеременным их намагничиванием до насыщения и выше. ЭДС в выходной цепи модуляторов 4 и 5, образованная выходными обмотками 10 и 11, в отсутствие магнитного поля, действующего на модулятор 4, практически не содержит четных гармоник сигнала возбуждения, т.е. Ezf0 0. При подключении к сети энергопитания силового электрооборудования 12 по контуру тока утечки ответвляется часть входного тока. Если сопротивление изоляции больше допустимого, то ток утечки и, соответственно, разность токов в то- копроводах блока модулятора находится в зоне нечувствительности модулятора 4. т.е, не вызывает сколько-нибудь заметного изменения E., которое можно было бы зафиксир нать с по- мощью избирательного усилителя 14, де детектора 15 и индикатора в блоке 16 представления информации. Измерительный прибор показывает отсутствие тока утечки.

При ухудшении изоляции и возрастании тока утечки и разности токов в токопроводах 2 и 3 пропорционально ей растет напряженность магнитного поля в окружении токопровода; что фи- ксир -ется в выходной обмотке 10 модулятора 4 линейным ростом амплитуды второй гармоники , а поело выделения и усиления ее в усилителе 14 через детектор 15 преобразуется в постоянное напряжение, амплитуда которого пропорциональна измеряемому току утечки. Показания индикатора в блоке 16 в силу того, что весь тракт обработки информативной величины, а именно амплитуды E2f0, линеен, также пропорциональны току утечки. Если ток утечки достигает максимально допустимого значения, то постоянное напряжение на выходе детектора достигает значения заранее установленного напряжения уставки, подаваемого на второй вход компаратора 17, и компаратор срабатывает. На его выходе появляется сигнал, обеспечивающий одновременное срабатывание автономной сигнализации в блоке 18 представления информации и запуск формирователя 18 сигнала управления блоком защитного отключения, посредством которого могут быть задействованы мощные сильноточные коммутационные аппараты, отключающие источник 1 от электрооборудования.

Формула изобретения

Устройство контроля состояния изоляции электрооборудования, содержащее дифференциальный магнитный модулятор, выполненный на двух кольцевых сердечниках, через окно которых проходит токопроводящая система, соединяющая электрооборудование с внешним источником питания и состоящая из внешнего трубчатого и внутреннего трубчатого или цилиндрического изолированных друг от друга токопро- водов, продольные оси которых параллельны оси кольцевых сердечников, генератор импульсов тока возбуждения дифференциального магнитного модулятора, выход генератора импульсов тока возбуждения дифференциального магнитного модулятора соединен с первым выводом обмотки возбуждения первого дифференциального модулятора, вторые выводы внешнего трубчатого и внутреннего трубчатого токопроводов

соединены с клеммами для подключения объекта контроля, отличающееся тем, что, с целью расширения

области использования и повышения точности контроля, дополнительно введены второй идентичный первому дифференциальный магнитный модулятор, избирательный усилитель детектор,

компаратор, блок представления информации, формирователь сигнала управления блока защитного отключения, второй вывод генератора импульсов тока возбуждения дифференциального

магнитного модулятора соединен с первым выводом обмотки возбуждения второго дифференциального магнитного модулятора, второй вывод которой соединен с вторым выводом обмотки воз0 буждения первого дифференциального магнитного модулятора, выходные обмотки первого и второго дифференциальных магнитных модуляторов соединены между собой последовательно и встреч5 но, а своими свободными выводами соединены с входом избирательного усилителя, выход которого соединен с входом детектора, выход которого соединен с входом компаратора и пер0 вым входом блока представления информации, первый выход компаратора соединен с вторым входом блока представления информации, второй выход компаратора соединен с входом формировате5 ля сигнала управления блока защитного отключения.

T

СЧ1

v

3