Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей Советский патент 1991 года по МПК G01R27/18 

19

ОЭ

СЈ

оо о оэ

31638661

блок 10, на выходе которого действует начальное напряжение. Цифровой код измеренного интервала вьщается в

арифметический блок 16 и поступает в блок 17 индикации. 5 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия, достигамое за счет того, что контроль напряжения на корпусе осуществляется методом сравнения, а в качестве блока 16 исАЗ пользуется функциональный преобразователь. Блок 15 управления и форми- , рования временных параметров формирует в заданные моменты времени управляющие сигналы, поступающие на ключи 1-8. При срабатывании ключа 6 на первый вход блока 14 сравнения коммутируется опорное напряжение, превышающее начальное напряжение, зафиксированное блоком 10, запоминающим на заданную величину напряжения, вырабатываемую источником 12 эталонного напряжения. При срабатывании ключа 2 к первому полюсу сети 19 подключается первый вход низкоимпеданс- ного форсирующего канала 9. Потенциал корпуса сети 19 фиксируется запоминающим блоком 11. При срабатывании ключа 4 коммутируемый зажим резистора 13 подключается к второму полюсу сети 19 через запоминающий а SS (Л

25

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе- jg но для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока, находящихся под напряжением и имеющих значительные емкости полюсов по отношению к корпусу. f5

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения сопротивления изоляции.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения сопротивления 20 изоляции электрических сетей} на фиг. 2 - временная диаграмма работы

устройства; на фиг. 3 - блок-схема блока управления; на фиг.4 и 5 - эквивалентные схемы замещения сети в различные интервалы времени.

Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей содержит ключи 1-8, низкоим- педансный форсирующий канал 9, 30 запоминающие блоки 10 и 11, источник 12 эталонного напряжения, резистор 13, блок 14 сравнения, блок 15 управления и формирования временных параметров, арифметический 35 блок 16, блок 17 индикации, шину 18 запуска, электрическую сеть 19. Низкоимпедансньш форсирующий канал 9 своим первым выводом подключен к корпусу (первому выводу электриче- 40 ской сети) и к общей шине устройства, которая соединена с первым входом блока 14 сравнения, через ключи 3 и 5 - с первыми входами запоминающих блоков 10 и 11 соответственно, че- 45 рез последовательно соединенные резисторы 13 и ключ 4 - к выходу запо- минающего блока 10 и первым входам ключей 6 и 7.

Второй вывод канала 9 через ключ 50 2 подключен к первому полюсу электрической сети 19, третий вывод через ключ 1 - к второму полюсу электрической сети 19 и вторым входам запоминающих блоков 10 и 11. Выход запоми- 55 нающего блока 11 через ключ 8 подключен к выходу ключа 7, первому выводу источника 12 эталонного напряжения и второму входу блока 14 сравнения.

5

jg f5

0

0 5 0 45

0 5

Второй вывод источника 12 питания эталонного напряжения подключен к выходу ключа 6. Выход блока 14 сравнения подключен к второму входу блока 15 управления и формирования временных параметров, первый вход которого под- ключьн к шине 18 запуска. Выход блока 15 управления и формирования временных параметров подключен к входу арифметического блока 16, выход которого подключен к входу блока 17 индикации. Вторые (управляющие) входы А1-А8 ключей с 1 по 8 включительно соединены соответственно с выходами А1-А8 блока 15 управления и формирования временных параметров с второго по девятый включительно.

Низкоимпедансный форсирующий канал 9 в простейшем случае представляет собой резистивно-емкостную цепь. Арифметический блок 16 представляет собой функциональный преобразователь.

Блок 15 управления и формирования временных параметров (фиг 3) содержит блок 20 согласующих усилителей, формирователь 21 одиночного импульса, формирователь 22 задержки, элемент ИЛИ 23, триггер 24, сдвиговый регистр 25, элемент ИЛИ 26, генератор 27 счетных импульсов, элемент И 28, счетчик 29 импульсов, регистр 30, клемму 31 входных импульсов Пуск, клемму 40 входных импульсов Счет.

Блок 20 согласующих усилителей содержит согласующие усилители 32-39.

Клемма 31 входных импульсов Пуск подключена к входу S триггера 24, к входам R сдвигового регистра 25 и счетчика 29 импульсов и через формирователь 21 одиночного импульса - к входу согласующего усилителя 34 и к первому инвертирующему входу элемента ИЛИ 23, неинвертирующий вход которого соединен с клеммой 40 входных импульсов Счет, а второй инвертирующий вход через формирователь 22 задержки соединен с выходом 2р регистра 25 и входом согласующего усилителя 36. Выход элемента ИЛИ 23 соединен с синхровуодами С регистра 25 и триггера 24, nxo.ii U которого соединен с шиной О, а выход - с входом П регистра 25, выходы 1р и Зр которого соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ. 26, выход которого соединен с входами согласующих усилителей 33 и 37.

Выход 5р регистра 25 соединен с входами согласующих усилителей 32 и 38, выход Ар соединен с входами согласующих усилителей 35 и 39, с синхро- входом С регистра 30, а также с первым входом элемента И 28, второй вход которого соединен с выходом генератора 27 счетных импульсов, а выход - с синхровходом счетчика 29, поразрядные выходы которого соединены соответственно с информационными входами D регистра 30, поразрядные выходы которого являются первым выходом блока 15 управления и формирования временных параметров. Выходы согласующих усилителей 32 и 39 включительно являются выходами блока 15 управления и формирования временных параметров с 2 по 9 включительно.

Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей работает следующим образом.

рез клеммы 31 и 40 в соответствии с графиками 1 и 11 на фиг.2, а также формирования цифрового кода, соответствующего временному интервалу &(:, t g - tg- на диаграмме 10 на фиг.2.

Длительность импульса A3 равна , и должна быть достаточной для фиксации начального напряжения запоминающем устройстве.

После окончания действия импульса A3 в момент t2 формируются импульсы А2 и Аб. В результате срабатывания ключа 6 на второй вход блока 14 сравнения коммутируется опорное напряжение U U

10

инаи в

15

Jon

превышающее

HQl(, зафиксированное запоминающим блоком 10, на заданную величину на- 20 пряжения иэ, вырабатываемого источником 12 эталонного напряжения.

В результате срабатывания ключа 2 к первому полюсу сети 19 подключаетс второй вывод низкоимпедансного форси 25 рующего канала 9. Потенциал корпуса, подключенный к первому входу блока 1 сравнения, форсированно возрастает и к моменту tg достигает уровня U,, установленного на втором входе блоВ исходном состоянии до момента tz 30 ка 14 сравнения. На выходе блока 14

(фиг.2) на корпусе действует начальное напряжение UHq4 уровень которого определяется соотношением величин сопротивлений изоляции полюсов сети R1 и R 2:

но ч

и

С R + R

где Uc - напряжение сети.

Цикл измерения эквивалентного сопротивления изоляции

R9

R R

Rf + R2

чинается в момент t при получении импульса Пуск по шине 18 блоком 15 управления. Блок 15 управления и формирования временных параметров формирует управлякячие логические импульсы А1-А8 в соответствии с графиками 2-9 на фиг.2. Импульсы А1-А8 поступают на входы соответствующих ключей 1-8 и устанавливают их в проводящее (открытое) состояние.

Блок 15 управления и формирования временных параметров предназначен для формирования управляющих сигналов А1-А8,- диаграмма которых приведена, на фиг.2, графики 2-3, при получении входных импульсов Пуск и Счет че

86616

рез клеммы 31 и 40 в соответствии с графиками 1 и 11 на фиг.2, а также формирования цифрового кода, соответствующего временному интервалу &(:, t g - tg- на диаграмме 10 на фиг.2.

Длительность импульса A3 равна , и должна быть достаточной для фиксации начального напряжения запоминающем устройстве.

После окончания действия импульса A3 в момент t2 формируются импульсы А2 и Аб. В результате срабатывания ключа 6 на второй вход блока 14 сравнения коммутируется опорное напряжение U U

10

инаи в

15

Jon

превышающее

HQl(, зафиксированное запоминающим блоком 10, на заданную величину на- 20 пряжения иэ, вырабатываемого источником 12 эталонного напряжения.

В результате срабатывания ключа 2 к первому полюсу сети 19 подключается второй вывод низкоимпедансного форси- 25 рующего канала 9. Потенциал корпуса, подключенный к первому входу блока 14 сравнения, форсированно возрастает и к моменту tg достигает уровня U,, установленного на втором входе бло

35

сравнения в момент t 3 формируется импульс Счет, поступающий на второй вход блока 15 управления и формирования временных параметров. При этом блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А2 и Аб и формирует импульс А5. Эквивалентная схема замещения сети в интервал времени от 40 сз Д° Ч имеет вид, изображенный на фиг. 4, где Uc

U on Уровень опорного

45

- напряжение сети,

напряжения

(фиг.2, график 10). В момент tg производится коммутация, размыкания К1 и справедливо решение переходного процесса

+ 1 1,

Х4

50

55

Cf

.--Sr- 1.-.d(Uc - Ucg) + Uc - Исг„ cJdUcz

Ucz Rl

0.

. 10

Характеристическое уравнение:

p(ci + с2)+(- +-Ј5) о;

р 1

1

v

™«R lfTEf C9-C1+C2;

Uc исгпр+ исгсв i

U

- UcRl и - C2np R1 +R2 иач

-tp Кзсэ Ј3 исе.сь Ае Ае Ае

при t 0, в момент (t + А Uon .

А иоп икаО

t /т

Uci unot,+ (on - и«ач)е °Э (реше- ние уравнения).

Потенциал корпуса с момента t уменьшается по экспоненциальному закону и в конце заданного интервала времени ДЬ t(- -ъ достигает порогового уровня Unop , который фикси- руется запоминающим устройством 11.

ттл. fn- П « 1э

ор

пор и иач + (и°п - инЧЧ)е l j

45

де Unop, UHa4,

U - напряжения пороговое, начальное и опорное в соответствии с графиком 10 на фиг.2;

At - заданный интервал времени, формируемый в бло- 50 ке 15 управления и формирования временных параметров, формирователе

22,

55 С9 КЭС g - постоянная времени

сети, причем R1R2

R1 +R2

-, С э С1 +С2,

0

5

20

25

30

35 где R1 и R2 - сопротивление изоляции)

полюсов сети;

С1 и С2 - емкости изоляции полюсов сети.

В момент t4 блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие и мпульса А5 и формирует импульсы А2, А6,

В интервале времени от t4 до tff происходит форсированное увеличение потенциала корпуса до уровня Uon аналогично процессу, происходящему в интервале времени от tz . до t3 и описанному выше.

В момент времени ts блок 14 сравнения вырабатывает очередной импульс Счет, блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А2, А6 и формирует начало импульсов АД и А8. В результате срабатывания ключа 8 напряжение Unop , зафиксированное в запоминающем блоке 11, коммутируется на второй вход блока 14 сравнения. В результате срабатывания ключа 4 коммутируемый зажим резистора 13 подключается к второму полюсу сети 19 через запоминающий блок 10, на выходе которого действует начальное напряжение U KQq , зафиксированное в интервале времени t2 - t.

Эквивалентная схема замещения сети в интервале времени от tj-aot имеет вид, изображенный на фиг.5, где Ug - напряжение сети, Uon и иноц уровни опорного и начального напряжений (фиг.2, График 10). I

В момент t - производится коммутация, размыкание ключа 1, при этом решение переходного процесса имеет вид

45

l +

i, i „+ i

4 + 1,

где i,, - ig. - текущие значения токов в соответствии с обозначением на фиг.5.

ис с, + се

ис, ис - и

сч

где Uc, и UС2 - текущие значения

напряжений на С1 и С2.

Потенциал корпуса U сг с момента ( t уменьшается по экспоненциальному закону и к моменту 16 достигает уровня .порогового напряжения Uno Блок

14 сравнения вырабатывает очередной импульс Счет...

пор где Atx

1

и«ач+ (on

- U.

нам

к

)е(2)

Э1

te - t 5 - измеренньй интервал времени; КЭ(С9 - постоянная вреR

Э1

ненной коммутации, причем

R:)Rfr 9 + R1

15

мени сети с учетом выпол- который определяет начало измерения,

установку в исходное состояние элементов блока 15 управления. Период (интервал) следования импульсов Пуск не может быть меньше цикла измерения, т.е. интервала t -

Временной интервал t - t равен длительности выходного импульса формирователя 21 одиночного импульса и должен быть достаточен для фиксации начального напряжения U мац в запоминающем блоке 10. Вспомогагде Rq - величина дополнительного ре зистора 13.

Решая уравнения 1 и 2, получим зависимость для эквивалентного сопротивления изоляции:

20

Atx R,C

f-э

R(R9 + R) Ч At

RgRc

- Vbt,

R

-1).

1;

(3)

Из формулы (3) видно, что искомое значение эквивалентного сопротивления изоляции зависит только от одной переменной /it интервала времеВспомогательные интервалы t g - 12, t- t, t7 - t6 зависят от параметров исследуемой сети (величин емкостей С1 и С2)j от максимально допустимого тока перезаряда емкостей С2 и С1 через низкоимпедансный форсирующий канал 9 (задается потребителем) ; от выбранной величины превышеПОР

над U

чач

ния напряжения U т.е. U, (U, а: 0,05 Uf) . ни, измеряемого блоком 15 управления.35 Оговоренные вспомогательные интерНифровой код измеренного интер- валы на порядок и более меньше измевала u.ty в момент времени tg выдается в арифметический блок 16, где он преобразуется в код, соответствующий значению эквивалентного сопротивле- 40 ния изоляции, и выдается на индикацию в блок 17 индикации.

При необходимости проведения циклических (многократных) измерений с целью ускорения возврата уровня напряже- ния на корпусе в исходное состояние в момент времени tg блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А4, А8 и формирует импульсы А1, А7.

В результате срабатывания ключа 7 напряжение UH04, зафиксированное запоминающим устройством 11, коммутируется на второй вход блока 14 сравнения. В

50

результате срабатывания ключа 1 второй выполнен как функциональный преобполюс сети 19 коммутируется на третий вывод низкоимпедансного форсирующего канала 9 и потенциал корпуса форсированно уменьшается до начального уровразователь таким образом, что кажд му значению неизвестной величины A соответствует определенное значени Ra.

ня инац. В момент времени t блок 14 сравнения формирует импульс Счет, блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А1 и А7, и устройство готово для проведения очередного цикла измерения. Временная отметка t совпадает с передним фронтом импульса Пуск,

тельный интервал

ti

зависит от

5

0

класса запоминающего блока и может быть менее 1 мкс.

Вспомогательные интервалы t g - 12, t- t, t7 - t6 зависят от параметров исследуемой сети (величин емкостей С1 и С2)j от максимально допустимого тока перезаряда емкостей С2 и С1 через низкоимпедансный форсирующий канал 9 (задается потребителем) ; от выбранной величины превышеПОР

над U

чач

,05 Uf) . ательные интер

рительных интервалов t - t 5 и t€-t.

которые фактически определяют цикл полного измерения.

, (0,1--0,5)сэ ,

Интервал

где Ј.

ч-ч- предполагаемая номинальная

величина постоянной времени сети.

При увеличении интервала снижается быстродействие устройства, но при этом может быть достигнута большая точность измерений. При конкретной реализации может быть несколько устанавливаемых поддиапазонов измерений R и соответствующих им значений интервалов t 4 - t3 .

Интервал tg-tg- utx - измеренная величина.

Арифметический блок 16 может быть

выполнен как функциональный преобразователь таким образом, что каждому значению неизвестной величины Atx соответствует определенное значение Ra.

Г/УСК