Устройство для автоматического контроля параметров электрических цепей Советский патент 1991 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматического контроля разобщенных электрических цепей изделий специального и общего назначений на отсутствие обрывов, коротких замыканий и на соответствие сопротивления изоляции цепей заданному уровню.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет автоматического выбора в процессе проверки длительности измерения и режима измерения каждая цепь относительно замкнутых между собой остальных или каждая цепь относительно каждой в зависимости от состояния спротивления изоляции.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для автоматического контроля параметров электрических цепей; на фиг. 2 - структурная схема блока управления и сигнализации, на фиг. 3 - функциональная схема органов управления; на фиг. 4 - функциональная схема блока индикации.

Устройство содержит источник низкого напряжения 1, блок 2 контроля целостности цепи, резистор 3, коммутатор 4 проверяемых цепей, источник 5 высокого напряжения, блок 6 контроля сопротивления изоляции, блок 7 управления и сигнализации, переходные кабели 8.

Коммутатор 4 состоит из трех групп реле 9, 10 и 11.

Блок 6 контроля сопротивления изоляции содержит входной делитель, состоящий из резисторов 12 и 13, активный фильтр 14 нижних частот, второй эталонный делитель, состоящий из резисторов 15 и 16, первый эталонный делитель, состоящий из переключателя 1 7 и резисторов 18-21, дифференциальный усилитель 22, электронные ключи 23 и 24, конденсаторы 25 и 26,

5

0

5

0

5

0

5

0

5

высокоомный резистор 27 и компараторы 28-30.

Первый вход блока 7 управления и сигнализации соединен с выходом блока 2 контроля целостности цепи, второй вход блока 7 управления и сигнализации соединен с выходной шиной блока 6 контроля сопротивления изоляции, первый выход блока 7 управления и сигнализации соединен с входной шиной коммутатора 4, первый вход блока 6 контроля сопротивления изоляции соединен с первым выводом источника 5 высокого напряжения, второй вход блока 6 контроля сопротивления изоляции соединен с первым выходом коммутатора 4 и с первым выводом резистора 3, первый вывод источника 1 низкого напряжения соединен с первым входом блока 2 контроля целостности цепи, первый выход коммутатора 4 соединен с каждым из п замыкающих контактов первой группы 10 реле , переключающие контакты которых соединены соответственно с первыми клеммами для подключения объекта контроля, вторые клеммы для подключения объекта контроля соединены с п переключающими контактами второй группы 11 реле, второй вывод источника 5 высокого напряжения соединен с первым выводом источника 1 низкого напряжения, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора 3, второй вывод которого соединен с вторым входом блока 2 контроля целостности цепи и с вторым выходом коммутатора 4, третий выход которого соединен с третьим выходом блока 6 контроля сопротивления изоляции, четвертый вход которого соединен с второй выходной шиной блока 7 управления и сигнализации, каждый из п размыкающих контактов третьей группы 9 реле соединен соответственно с каждым из п размыкающих контактов первой группы 10 реле, п переключающих контактов третьей группы 9 реле соединены с (п-1)--м размыкающим контактом

третьей группы 9 реле, (п+1)-й замыкающий контакт третьей группы 9 реле соединен с п замыкающими контактами второй группы 11 реле и с (п+2)-м размыкающим контактом третьей группы Я реле, (п+2)-й замыкающий контакт третьей группы 9 реле соединен с первым выходом коммутатора 4, (п+1)-й переключающий контакт третьей группы 9 реле соединен с третьим выходом коммутатора 4, где п - число контролируемых цепей.

Блок 7 управления и сигнализации, как показано на фиг. 2, выполнен на основе микропроцессорного набора и содержит тактовый генератор 31, процессор 32, блок 33 микропрограммного управления, постоянное запоминающее устройство 34, блок 35 мультиплексоров, органы управления 36, блок 37 дешифраторов, блоки 38-40 регистров, блок 41 усилителей, блок 42 индикации, пороговый элемент 43.

Процессор выполнен из двух секций и имеет разрядность 4, что позволяет просто организовать работу с двоичными и двоично-десятичными числами.

Блок 35 мультиплексоров служит для выбора источника входной информации: блоки 2 контроля целостности цепи и 6 сопротивления изоляции, органы 36 управления или пороговый элемент. Дешифратор 37 выбирает один из блоков регистров 38-40 при записи команд процессора 32 для управления соответственно реле коммутатора 4, блоком 42 индикации или ключами 23 и 24 блока 6 контроля сопротивления изоляции. Блок 41 усилителей производит усиление по току и напряжению сигналов блока 38 регистров. Временные выдержки обеспечиваются процессором 32 путем счета периодов сетевого напряжения, частотой 50 Гц. Преобразование синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы осуществляется пороговым элементом.

Органы 36 управления состоят из переключателей 44-46, задающих количество проверяемых цепей и кнопок 47-49, предназначенных для начальной установки блока 7 управления и сигнализации, запуска и остановки контроля

Блок 42 индикации содержит единичные индикаторы 50-53, например свето- диоды, и два идентичных трехразрядных цифровых индикатора 54 и 55, состоя

5

5

щих из дешифраторов 56-58, которые преобразуют двоичный код в код управления семисегментными индикаторами 59-61. Единичные индикаторы 50- 53 отображают состояние сопротивления изоляции, напичир цепи, наличие короткого замыкания, а также остановку функционирования при окончании контроля или при обнаружении неисправности.

На схеме (фиг.1) также показано проверяемое изделие 62.

В статическом состоянии устройства все реле выключены, ключи 23 и 24 разомкнуты, горит индикатор 53 Остановка, блок 7 управления и сигнализации 7 находится в режиме ожидания. После нажатия кнопки 47 Начальная установка блок 7 управления и сигнализации устанавливается в исходное состояние, а на инди каторах 54 и 55 высвечиваются нули.

После нажатия кнопки 48 Пуск начинается контроль. Устройство контролирует состояние цепей последовательно, начиная с первой. Номер проверяемой цепи отображается на индикаторе 54 блока 42 индикации.

0 Проверка начинается в режиме, при котором контролируется сопротивление изоляции выбранной цепи относительно цепей, замкнутых между собой. По командам блока 7 управления и сигна5 лизации в коммутаторе 4 включаются реле 10.1 и 11.1. Контакт реле 10.1 подает на проверяемую цепь напряжение от источников 1 низкого и последовательно включенного с ним высокого

0 5 напряжений. Через замкнутые контакты 10.1, 11.1 и 9.П+2 ток от источника 1 низкого напряжения поступает в блок 2 контроля целостности цепи. Ток от последовательновключен5. ных источников высокого 5 и низкого 1 напряжений черезiзамкнутый контакт 10.1, проверяемую цепь, а в случае ее обрыва также через резистор 3 и замкнутый контакт 11.1 далее через

0 сопротивление изоляции, нормально замкнутые контакты 10.2-10.Ti, 9.2- 9.п и контакт 9.П+1 поступает на входной делитель блока 6 контроля сопротивления изоляции. Величина резистора 3 гораздо выше сопротивления цепи, но гораздо ниже сопротивления изоляции, поэтому он не вносит существенной погрешности при контроле.

10

71638670

Сигнал с входного делителя, слу- жащего для защиты от высокого напряжения при коротком замыкании между проверяемыми в данный момент цепями, .поступает на активный фильтр 14 нижних частот, защищающий от наводок с частотой 50 Гц и выше. Сигнал с выхода фильтра поступает на первый вход дифференциального усилителя 22 и на первый вход компаратора 30. На второй вход компаратора 30 поступает напряжение с эталонного делителя, выполненного на резисторах 15 и 16. На второй вход дифференциального усилите-15 я 22 поступает напряжение с эталонного делителя, выполненного на резисторах 18-21 и переключателе 17. Наличие резисторов 18-21 и переключателя 17 позволяет контролировать сопротивление изоляции в нормальных условиях, при испытаниях проверяемого устройства в условиях повышенной темературы или влажности. Выходное наряжение дифференциального усилителя ри сопротивлении изоляции ниже требуемого имеет отрицательную полярность, а при сопротивлении изоляции выше требуемого имеет положительную полярность относительно общего прово- 30 а. Выходное напряжение дифференциального усилителя поступает на входы электронных ключей 23 и 24, которые в исходном состоянии закрыты. Спустя

20

25

со ва па то

ля и

ил

ля

но

да

и U U

и и (

и

т м л

л ем к

п о а 28 ц

время t после подачи на проверяв- мую цепь испытательного напряжения на время t открывается ключ 23. Выдержка времени t ( необходима, для установления фильтра 14. За время t2 конденсатор 25 заряжается до напряжения выхода дифференциального усилителя U,. После закрытия ключа 23 на вреtn включается ключ 24. За это вре {мя

мя конденсатор 26 заряжается до напряжения выхода дифференциального уси лителя Uz, а конденсатор 25 разряжается на несколько милливольт через

27 до напряжевысокоомныи резистор

ния U{. Следует заметить, что

при U, 0 и U U, приО, 0.

,

На выходе компаратора 28 будет логическая 1, если потенциал U, на его первом входе будет ниже потенциала U2 на его втором входе. На выходе компаратора 29 будет логическая 1, если потенциал U2 на его первом входе будет больше нуля.

Рассмотрим, как состояние компараторов 28 и 29 характеризует состояние

8

сопротивления изоляции, при этом первая цифра состояния относится к компаратору 28, а вторая - к компаратору 29.

Состояние 11 - сопротивление изоляции выше требуемого (U.,0, U2 0) и неизменно либо возрастает (Uj U3

или иг, U U , откуда U L U2 ) .

Состояние 01 - сопротивление изоляции выше требуемого (, ),

но уменьшается (и U.

да U ,U

2.

отку1530

20

25

35 40

5

0

5

Состояние 10 - сопротивление изоляции ниже требуемого (, ), но возрастает (, , UT -U2L °ткуда U,,UZ).

Состояние 00 - сопротивление изоляции ниже требуемого (, )и неизменно или уменьшается (И, U2 или U, U

).

г

,

откуда

Таким образом, состояние компараторов 28 и 29 определяет все возможные случаи состояния сопротивления изоляции.

На выходе компаратора 30 будет логическая 1, если между проверяемыми в данный момент цепями короткое замыкание.

Блок 7 управления и сигнализации после закрытия ключа 24 считывает, отображает на индикаторах 50-52 и анализирует состояние компараторов 28-30 и блока 2 контроля целостности цепи.

Если нарушена целостность цепи, то контроль прекращается, загорается индикатор 53 Остановка, а на индикаторе 54 блока 7 управления и сигнализации отображается номер этой цепи.

Если целостность цепи не нарушена, то производится анализ состояния сопротивления изоляции.

Если сопротивление изоляции выше требуемого и неизменно или возрастает, то начинается контроль параметров следующей цепи. По команде блока 7 управления и сигнализации в коммутаторе 4 выключаются реле 10,1 и 11.1, включаются реле 10.2 и 11.2 и контролируются параметры следующей цепи аналогично описанному выше.

Если сопротивление изоляции выше требуемого, но уменьшается, или ниже требуемого, но возрастает, то спустя время tj повторяется контроль пара9I61

метров этой же цели. Когда время подачи испытательного напряжения на контролируемую цепь достигнет 1мин, и сопротивление изоляции при этом выше требуемого, начинается контроль параметров следующей непи.

Если сопротивление изоляции ниже требуемого и неизменно или уменьшается, а также если время подачи испы- тательного напряжения на контролируемую цепь достигает 1 мин, а сопротивление изоляции при этом остается ниже требуемого, то устройство переходит в режим, при котором контролиру- ется сопротивление изоляции выбранной цепи отдельно с каждой цепью, начиная с цепи, имеющей номер на единицу больше , чем у проверяемой, до цепи с номером п (параметры цепей с но- мерами от 1 до цепи с номером на единицу меньше проверяемой уже были проконтролированы) . Для этого по команде блока 7 управления и сигнализации в коммутаторе 4 выключается реле 11 .1 , включается рсло 9.1-Ч.П+2 и поочередно 11.2-11.п. Ток от источника низкого напряжения поступает на блок контроля целостности цепи через замкнутый контакт 9.П+2, минуя проверя- емую цепь- Ток от последовательно включенных источников высокого и низкого напряжений поступает через замкнутый контакт 10.1, сопротивление изоляции, замкнутые контакты 11.2 (11.3-11.п), 9.П+1 на вход блока контроля сопротивления изоляции. Параметры сопротивления изоляции между каждо парой цепей определяются аналогично описанному выше. Номер цепи, относи- тельно которой контролируется сопротивление изоляции, отображается на индикаторе 55 блока А2 индикации. Если в результате контроля будет обнаружена цепь, для которой сопротивле- ние изоляции относительно проверяемой цепи ниже требуемого и неизменно, а. также если время подачи испытательного напряжения на контролируемую цепь достигло 1 мин, а сопротив- ление изоляции осталось ниже требуемого, то контроль прекращается и загорается индикатор 53 Остановка, Если в результате контроля в таком режиме ни для одной из цепей сопро- тивление изоляции относительно проверяемой цепи не ниже требуемого, то по команде блока 7 управления и сигнализации в коммутаторе 4 выключаются

)1()

реле 9.1-Ч.П+2 и контактируются параметры следующей цепи в режиме одна цепь относительно замкнутых между собой остальных аналогично описанному выше.

При необходимости остановить контроль нажимают кнопку 49 Стоп. Продолжить контроль после остановки можно, нажав кнопку Пуск.

В конкретном варианте исполнения блок 2 контроля целостности цепи выполнен на основе ррчисторного моста и компаратора. Активный фильтр 14 представляет собой фильтр Ьгоселя второго порядка с частотой среза 16 Гц. Фильтр, дифференциальный усилитель и компараторы выполнены на операционных усилитепях . Время ,, t 2 , t выбрано равным и кратным периоду сетевого напряжения для повышения ПОМРХОЧЛЩШЧРН- ности: t t 2 tg 0,02 16 0,32 с. Таким образом, одно измерение занимает около 1 с. Количество проверяемых цепей от 2 до 159.

Формул а

изобретения

1. Устройство для автоматическог контроля параметров электрических цепей, содержащее блок упражнения и сигнализации, источники высокого и низкого напряжений, блоки конт роля сопротивления изоляции и целостности цепи, рршстор, коммутатор, первый вход блока управления и сигнализации соединен с выходом блока контроля целостности цепи, второй вход блока управления и сигнализации соединен с выходной шиной блока контроля сопротивления изоляции, первый выход блока управления и сигнализации соединен с выходной шиной коммутатора, первый вход блокаконтроля сопротивления изоляции соединен с первым выводом источника высокого напряжения, второй вход блока контроля сопротивления изоляции соединен с первым выходом коммутатора и с первым выводом резистора, первый вывод источника низкого напряжения соединен с первым входом блока контроля целостности цепи, первый выход коммутатора соединен с каждым из п замыкающих контактов первой группы реле, переключающие контакты которых соединены соответственно с первыми клеммами для подключения объекта контро- ля, вторые клеммы для подключения объекта контроля соединены с п переключающими контактами второй группы реле, отличающее- с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, второй выво,г источника высокого напряжения соединен с первым выводом источника низкого напряжения, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с вторым входом блока контроля целостности цепи и с вторым выходом коммутатора, третий выход которого соединен с третьим выходом блока контроля сопротивления изоляции, четвертый вход которого соединен с второй выходной шиной блока управления и сигнализации, при этом в коммутатор введена третья группа реле, каждый из п размыкающих контактов которой соединен соответственно с каждым из п размыкающих контактов первой группы реле, п переключающих контактов третьей группы реле соединены с (п+1)-м размыкающим контактом третьей группы реле, (п+1)-й замыкающий контакт третьей группы реле соединен с п замыкающими контактами второй группы реле и с (п+2)-м размыкающим контактом третьей группы реле, (п+2)-й замыка10

2. Устройство по п. 1, отли чающееся тем, что блок ко ля сопротивления изоляции содержи входной делитель, первый и второй выводы которого соединены соответ венно с третьим и первым входами ка контроля сопротивления изоляци третий вывод через фильтр нижних тот соединен с первым входом дифф ренциального усилителя и с первым дом первого компаратора, второй в дифференциального усилителя соеди с первым выводом первого эталонно 15 делителя, второй и третий выводы к рого соединены соответственно с пе вым и вторым входами блока контрол сопротивления изоляции, второй вхо первого компаратора соединен с пер вым выводом второго эталонного дел теля, второй и третий выводы котор го соединены с первым и вторым вхо ми блока контроля сопротивления из ляции, выход дифференциального уси теля соединен с входом первого и в рого электронных ключей, выход пер вого электронного ключа соединен с первым входом второго компаратора посредственно, и через первый конд 30 сатор и параллельно ему соединенны высокоомный резистор с первым вход блока контроля сопротивления изоля ции, выход второго электронного кл ча соединен с первым и вторым вход

20

25

-«- мппеп и первым И ВТОРЫМ ВХОП

ющии контакт третьей группы реле со- 35 ни третьего и второго компараторов

единен с первым выходом коммутатора, (п+2)-й переключающий контакт третьей группы реле соединен с вторым выходом коммутатора, (п+1)-й переключающий контакт третьей группы реле соединен с третьим выходом коммутатора, где п - число контролируемых цепей.

непосредственно, а через второй кон денсатор - с вторым входом третьег компаратора и с первым входом блока контроля сопротивления изоляции, вы 40 ходы первого, второго, третьего ком параторов соединены с выходной шино блока контроля сопротивления изоляции.

10

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок контроля сопротивления изоляции содержит входной делитель, первый и второй выводы которого соединены соответственно с третьим и первым входами блока контроля сопротивления изоляции, третий вывод через фильтр нижних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя и с первым вхо дом первого компаратора, второй вход дифференциального усилителя соединен с первым выводом первого эталонного 15 делителя, второй и третий выводы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока контроля сопротивления изоляции, второй вход первого компаратора соединен с первым выводом второго эталонного делителя, второй и третий выводы которого соединены с первым и вторым входами блока контроля сопротивления изоляции, выход дифференциального усилителя соединен с входом первого и второго электронных ключей, выход первого электронного ключа соединен с первым входом второго компаратора непосредственно, и через первый конден- 0 сатор и параллельно ему соединенный высокоомный резистор с первым входом блока контроля сопротивления изоляции, выход второго электронного ключа соединен с первым и вторым входа0

5

-«- мппеп и первым И ВТОРЫМ ВХОП

5 ни третьего и второго компараторов

ни третьего и второго компараторов

непосредственно, а через второй конденсатор - с вторым входом третьего компаратора и с первым входом блока контроля сопротивления изоляции, вы«- ходы первого, второго, третьего компараторов соединены с выходной шиной блока контроля сопротивления изоляции.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматического контроля разобщенных электрических цепей изделий специального и общего назначения на отсутствие обрывов, коротких замыканий и на соответствие сопротивления изоляции цепей заданному уровню. Цель изобретения - повышение достоверности контроля - достигается за счет автоматического выбора в процессе проверки длительности измерения и режима измерения. Устройство содержит источник 1 низкого напряжения, блок 2 контроля целостно

Ъг2

„ Ке/гичбстЬо целей Начальная установи

tt изоляция нихй нормы

Фиг, 4.

н

Номер цеп и

//