Способ измерения сопротивления изоляции и емкости электрической сети Советский патент 1991 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к измерению сопротивления и емкости изоляции фидеров электрической сети.

Целью изобретения является повышение точности определения сопротивления изоляции и емкости электрической сети и ее ( фидеров.

На чертеже приведена схема, реализующая предлагаемый способ.

Она содержит источник 1 измерительного напряжения постоянного тока, датчики 2-5 измерительного тока, калиброванные резисторы 6-9, ключи 10-20, запоминающие элементы 21-24, вычислители 25 и 26, индикаторы 27 и 28 сопротивления изоляции, индикаторы 29 и 30 емкости сети и фидеров, индикатор 31 номера контролируемого в. данный момент фидера, развязывающий блок 32, распределитель 33 временных интервалов, запоминающие элементы (например, статические триггеры) 34-37, счетчик 38

импульсов, счетчик 39 фидеров логические элементы И 40-43, одновибраторы 44 и 45, элементы 46 и 47 задержки, конденсаторы 48 и 49, тумблер 50, логический элемент ИЛИ 51, диод 52, клеммы 53-57.

Кроме того, на чертеже изображены выключатели 58, 59 и 60 фидеров, с помощью которых осуществляется их подключение и отключение от сети, а также сопротивления изоляции сети 61 (Рхэ) и фидеров 62(КХф1), 63(НХФ2). 64(РХфз) и емкости 65(СХэ) и 66(Схф1), 67(Схф2), 68(СхфЗ).

Первый выход источника 1 измерительного напряжения постоянного тока через соединенные последовательно аналоговый ключ 10, датчик 2 измерительного тока, резистор 6 и конденсатор 48 для сетей постоянного тока соединен с клеммой 54. Второй выход источника 1 подсоединен к земле (корпусу). Выход аналогового ключа 10 через развязывающий блок 32 соединен со входом распределителя 33 временных инс ел о

Јь vj

тервалов, первый выход которого соединен со входом счетчика 38 импульсов, второй выход соединен со вторым входом запоминающего элемента 34, третий выход соединен с запараллеленными первыми входами элементов И 40, 41 и 42, четвертый выход соединен Ј первым входом запоминающего элемента 34, первым входом элемента И 43.

Первый вход запоминающего элемента 34 соединен также через диод 52, конденса- тор 49 и тумблер 50 с клеммой 53, к которой подведено постоянное напряжение от источника питания всего устройства, и через диод 52 с первым входом элемента ИЛИ 51.

Выход датчика 2 тока соединен с первы- ми информационными входами аналоговых ключей 17 и 18. Второй (управляемый) вход ключа 17 соединен со вторым (управляемым) входом ключа 19 и через одновибратор 45 с первым выходом счетчика 38.

Второй (управляемый) вход ключа 18 соединен непосредственно со вторым (управ- ляемым) входом ключа 20, выходом одновибратора 44, а через элемент 46 задержки - с третьими (управляемыми) входа- ми вычислителей 25 и 26 и вторым входом элемента ИЛИ 51, выход которого соединен со входом счетчика 39 фидеров. Вход одно- вибратора 44 соединен с выходом счетчика 38 импульсов и вторым входом элемента И 43. Выходы ключей 17 и 18через аналоговые запоминающие элементы 21 И 22 соответственно соединены с первым и вторым входами вычислителя 25, первый выход которого соединен с индикатором 27, а второй выход - с индикатором 29. Выходы датчиков 3, 4 и 5 тока соединены с первыми входами аналоговых ключей 14, 15 и 16 соответственно, выходы которых запараллелены и соединены с первыми входами аналоговых ключей 19 и 20, выходы которых через аналоговые запоминающие элементы 23 и 24 соответственно соединены с первым и вторым входами вычислителя 26. Первый выход вычислителя 26 соединен с индикатором 28, а второй выход - с индикатором 30.

Первые выводы резистора 7 через аналоговый ключ 11, резистора 8 через аналоговый ключ 12 и резистора 9 через аналоговый ключ 13 подсоединены к токо- ведущим жилам соответствующих фидеров. Вторые выводы этих резисторов подсоединены к земле. Вторые входы аналоговых ключей 11, 12 и 13 соединены с выходами запоминающих элементов 35, 36, 37. Пер- вый вход запоминающего элемента 35 соединен с выходом элемента И 40, второй вход которого соединен с первым выходом счетчика 39 фидеров и вторым входом аналогового ключа 14. Первый вход запоминающего

элемента 36 соединен с выходом элемента И 41, второй вход которого соединен со впэ- рым выходом счетчика 39 фидеров и вторым входом аналогового ключа 15. Первый еы- ход Запоминающего элемента 37 соединен с выходом элемента И 42, второй вход которого соединен с третьим выходом счетчика 39 фидеров и вторым входом аналогового ключа 16. Вторые входы запоминающих элементов 35, 36 и 37 соединены с выходом элемента И 43.

При замыкании тумблера 50 единичный импульс от клеммы 53 через конденсатор 49 поступает на первый вход запоминающего элемента 34, который переводится в положение 2, при котором на выходе запоминающего элемента 34 появляется высокий потенциал, что ведет к замыканию аналогового ключа 10. В этом случае единичный скачок измерительного напряжения от источника 1 будет приложен между токоведу- щими шинами сети и землей, что вызовет протекание по этой сети измерительного тока. Информация о суммарной величине этого измерительного тока будет сниматься при помощи датчика 2 тока, а информация о составляющих этого тока в фидерах будет на выходах датчиков 3, 4 и 5 тока, расположенных на соответствующих фидерах, которые при помощи выключателей 58, 59 или 60 подключены к линии главного рабочего тока.

Подача первого единичного скачка измерительного напряжения в контролируемую сеть приведет также к тому, что через развязывающий блок 32 (с высоким входным сопротивлением) на вход распределителя 33 временных интервалов поступит сигнал, который через заданное время вызовет появление и последующее присутствие сигнала на его первом выходе. Этот сигнал поступит на вход счетчика 38 импульсов. Поэтому на первом выходе счетчика 38 импульсов появится сигнал, который перебросит одновибратор 45 в неустойчивое состояние, вызвав на это время замыкание аналоговых ключей 17 и 19, обеспечив запись на аналоговых запоминающих элементах 21 и 23 текущих значений суммарного измерительного тока и составляющей этого тока, протекающий, например в фидере, на котором расположен датчик 3 тока. Последнее обусловлено тем обстоятельством, что одновременно с поступлением на первый вход запоминающего элемента 34 импульса при замыкании тумблера 50 этот импульс поступает и через элемент.- ,ИЛИ 51 на первый вход счетчика 39 фидеров, сигнал с первого выхода которого, поступая на второй вход аналогового ключа 14, вызывает его

замыкзние. подключая тем самым выход датчика 3 тока к первым входам аналоговых ключей 19 и 20

Через заданное время на втором выходе распределителя 33 временных интерва- лов появится сигнал, который поступит на второй вход запоминающего элемента 34 и возвратит его в исходное состояние, при котором на его выходе будет присутствовать потенциал низкого уровня. Это вызо- вет размыкание аналогового ключа 10 и формирование заднего фронта измерительного импульса.

Записанные же на аналоговых запоминающих элементах 21 и 23 текущие значе- ния измерительных токов поступят на первые входы вычислителей 25 и 26 соответственно.

Через заданное время появятся сигналы на третьем выходе распределителя 33 временных интервалов, которые поступают на первые выходы элементов И 40, 41 и 42. В связи с тем. что на втором входе элемента И 40 уже присутствует сигнал с первого выхода счетчика 39 фидеров, то на выходе элемента И 40 появится сигнал, который поступит на первый вход запоминающего элемента 35, переведя его в состояние 2, при котором на его выходе появится потенциал высокого уровня, обеспечивающий замыкание аналогового ключа 11, и тем самым параллельное подсоединение к импедансу изоляции фидера, на котором расположен датчик 3 тока, резистора 7.

Через заданное время сигнал появится на четвертом выходе распределителя 33 временных интервалов, с которого поступит на первый вход запоминающего элемента 34, повторно переведя его в состояние 2. Это вызовет снова замыкание аналогового ключа 10 и подачу в контролируемую сеть второго единичного скачка измерительного напряжения, а также возврат через время задержки распределителя 33 временных интервалов в исходное состояние. Это приведет к тому, что на первом выходе распределителя 33 временных интервалов вновь появится сигнал, который приведет к появлению сигнала на втором выходе счетчика 38 импульсов и к исчезновению сигнала на первом выходе этого счетчика

Сигнал со второго выхода счетчика 38 импульсов поступит на второй вход элемента И 43 непосредственно и через одновиб- ратор 44 на вторые входы аналоговых ключей 18 и 20. вызывая их замыкание.

Таким образом, информация с выхода датчика 2 тока и датчика 3 тока будет в этот момент записана в аналоговые запоминающие элементы 22 и 24, с выхода которых она

поступит на вторые входы вычислителей 25 и 26. Через некоторое время сигнал с выхо да одновибратора 44, пройдя через элемент 46 задержки, поступит на третьи входы вычислителей 25 и 26, что является командой на решение системы из двух уравнений с двумя неизвестными, заложенных в программе. Уравнения выглядят следующим образом, так как конденсатор 48 выбирается намного больше по величине, чем возможная емкость сети, а для сетей переменного тока вообще может быть исключен:

Uе

Р.Ч

ь

E-()

отЛ т-г/ );

где

R.+ R,

МхС, Р - R R 4 Mo R RO

R,R,

PL PZ - корни характеристического уравнения;

RI - величина сопротивления резистора 6;

Rx величина сопротивления изоляции (в вычислителе 25 RXs сети, а в вычислителе 26 Рхф контролируемого в данный момент фидера);

Сх - максимально возможная общая емкость сети;

RO - величина сопротивления резисторов 7, 8 или 9;

Е - измерительное напряжение постоянного тока.

В случае реализации способа в виде ус- тройства, где вместо сопротивлений резисторов 7, 8, 9 используются емкости С. Се и Сэ, в вычислителях решается система уравнений

ли Е L Rx p,t 1 W R7 TxT+R7e )

R,+ Ry . R, fVCx p&i + Jb

R,-Rx(c« + ce)

где Со - величина априорно известной емкости, направленно изменяющей величину импеданса изоляции фидеров (С, Се и Сд). После решения той или иной системы уравнений информация о величинах эквивалентного сопротивления изоляции сети и эквивалентной емкости сети поступает на входы индикаторов 27 и 29, а информация о сопротивлении изоляции и емкости контролируемого в данный момент фидера поступит на входы индикаторов 28 и 30. При этом на индикаторе 31 будет присутствовать информация о номере контролируемого в данный момент фидера, поступающая со счетчика 39 фидеров.

Одновременно с поступлением на третий вход вычислителей 25 и 26 сигнал с выхода элемента 46 задержки через элемент ИЛИ 51 поступит на счетный вход счетчика 39 фидеров, вызвав исчезновение сигнала с первого входа счетчика 39 и появление его на втором выходе этого счетчика. Это приведет к тому, что исчезнет сигнал на втором входе аналогового ключа 14 и втором входе логического элемента И 40 и появится сигнал на.втором входе аналогового ключа 15 и втором входе логического элемента И 41. Это приведет к замыканию аналогового ключа 15 и обеспечению прохождения при подаче в контролируемую сеть четного единичного импульса через элемент И 41 сигнала с третьего выхода распределителя 33 временных интервалов в тот момент, когда он там появится, что вызовет перевод запоминающего элемента 36 в положение 2, когда на его выходе присутствует потенциал высокого уровня и, как следствие, замыкание аналогового ключа 12.

Таким образом, к контролю будет подготовлен второй фидер, подключенный с помощью выключателя 59.

Контроль состояния изоляции этого фидера (и величины его емкости относительно корпуса) будет происходить также в два этапа (при подаче двух контролируемых импульсов), как и первого фидера, и результаты будут выводиться на индикаторы 28 и 30, а номер фидера на индикатор 31.

При подаче следующего нечетного (третьего) импульса после появления через определенное время сигнала на первом выходе распределителя 33 временных интервалов счетчик 38 импульсов перейдет в положение, когда сигнал появится на его первом выходе и далее процесс будет аналогичен описанному выше.

Предложенный способ позволяет обеспечить измерение не только величины эквивалентного сопротивления изоляции и эквивалентной емкости, но и сопротивления изоляции и емкости фидеров электриче- ской сети. При этом информация о параметрах фидеров сети снимается простым способом.

Формула изобретения

1. Способ измерения сопротивления изоляции и емкости электрической сети, зэкшочающийся в том. что подают в сеть единичный скачок измерительного напряжения, формируют через какое-то время задний фронт этого напряжения и паузу перед подачей следующего скачка измерительного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно в выбранный момент времени в промежутке между подачей единичного скачка измерительного напряжения и моментом

формирования заднего фронта измерительного напряжения измеряют и запоминают мгновенные значения суммарного измерительного тока и его активной и реактивной составляющих в фидерах сети, а в паузе

между повторной подачей единичного скачка измерительного напряжения увеличивают при подаче четного единичного скачка измерительного напряжения суммарный измерительный ток за счет увеличения его составляющих в отдельных фидерах сети путем измерения на известную величину активной составляющей сопротивления изоляции отдельного фидера сети, запоминают это изменение вплоть до формирования заднего фронта каждого четного единичного скачка и определяют величины сопротивления изоляции и емкости электрической сети и ее фидеров из системы уравнений

35

. «.(

ioW

E-Ux+IU

К tf KQ

ep l),l

,.R/VR,R0+R4R0 R,RX+R,R0 LULL

,

R,R + R,R0 + RxR0

0 ГД6 Р -|ПГГ-;

K1KXLX

pa.-.

Э

R - величина сопротивления опорного резистора:

RX - величина активной составляющей сопротивления изоляции;

0RO - величина известного сопротивления, изменяющего величину активной составляющей сопротивления изоляции.

Сх - величина емкости сети.

2. Способ по п. 1,отличающийся 5 тем, что увеличение при подаче четного единичного скачка измерительного напряжения суммарного измерительного тока создают за счет увеличения составляющих этого тока в отдельных фидерах сети путем изменения на известную величину емкостной составляющей сопротивления изоляции отдельного фидера сети, запоминают это изменение до формирования заднего фронта каждого четного единичного скачка и определяют величины сопротивления изоляции и емкости электрической сети и фиде- ров сети по системе уравнений

м-1гЫ -М.

().

п

Г i

R.+ R,

WCx

Р E. + .

--R, RX()

Pi, Рз - корни характеристического уравнения;

RX - величина активной составляющей сопротивления изоляции;

С0 - величина известной емкости, изменяющей величину емкостной составляющей сопротвления изоляции;

Е - напряжение контролируемой сети.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к измерению сопротивления и емкости изоляции фидеров электрической сети. Целью изобретения является повышение точности определения сопротивления изоляции и емкости электрической сети и ее фидеров. Способ предусматривает подачу в сеть единичного скачка измерительного напряжения, формирование заднего фронта этого напряжения и паузы перед подачей следующего скачка измерительного напряжения. Для повышения точности в промежутке между подачей единичного скачка и моментом формирования заднего фронта измеряют и запоминают мгновенное значение суммарного измерительного тока и его активной и реактивной составляющих в фидерах сети, и выполняют ряд других операций. Величины сопротивления изоляции и емкости электрической сети и ее фидеров определяют из системы уравнений, приведенной в формуле изобретения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.