Устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей Советский патент 1992 года по МПК G01R31/02 

вычислителя соответственно, выход которого через третий аналоговый ключ соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока уставки, а выход второго элемента сравнения через второй по ,роговый элемент соединен с вторым .входом логического элемента И, вы- 1 ход которого соединен с вторым входом статического триггера, выход которого соединен с входом третьего индикатора, а первый вход логичес- .кого элемента И соединен с входом индикатора и выходом второго аналогового ключа, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, второй (управляемый) вход второго аналогового ключа соединен с выходом триггера Шмитта и вторым (управляемым) входом первого аналогового ключа непосредственно и через первый конденсатор с вторым входом логического элемента ИЛИ, вход триггера Шмитта соединен с пыходом блока дифференцирования, первый вход которого соединен с первым выводом источника оперативного напряжения, а второй вход - с земляной шиной, вто рой вход статического триггера через последовательно соединенные второй конденсатор и выключатель соединен с клеммой питания.

Задатчик временных интервалов мо жет быть выполнен из последовательн соединенных генератора тактовых импульсов, элемента задержки и одно- вибратора, выход которого является перлым выходом всего за.датчикл вре- менных интервалов, а второй выход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

Благодаря указанному выполнению устройства для контроля и измере- ния сопротивления изоляции электрических сетей обеспечивается возможность различения резких (локальных) и медленных, постепенных сни- жений сопротивления изоляции сети. Последние, как правило, обусловлены распределенным снижением величины сопротивления изоляции по длине сети, что не понижает пожэробезолзс- ность. Реагия-пцил устройства пгзгзо- лит достигнуть посушения нолежности контроля изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о нарушении пожаробезоплсности.

10

15

20

25

30707576 , с

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содеругит источник 1 оперативного напряжения, датчик 2 тока, например калиброванный резистор, фильтр 3 (фильтр-пробка для рабочей частоты сети), развязывающий элемент k, элементы 5 и 6 сравнения, блоки 7 и 8 уставки (7 - уставки -уровня, 8 - уставки кратности) , пороговые элементы 9 и 10, вычислители 11 и 12, блок 13 дифференцирования, триггер 1 ДОмит- та, переключатель 15, задатмик 16 временных интервалов, диалоговые запоминающие элементы 17 и 18, логические элементы И 19 и ИЛИ 20, аналоговые ключи 21 - 23, статический триггер 2, конденсаторы 25 и 26, индикаторы 27 - 29, выключатель (кнопка сброса оператором) 30 и клец мы 31 - 35.

Задатчик 16 временных интервалов содержит генератор 36 тактовых . имп.ульсов, элемент 37 задержки и од- новибратор 38,

На чертеже изображен такые учзс- ток трехфазной сети 39 переменного тока, сопротивления изоляции РХ(, R Хб и Rxo и емкости , и фаз (А, В, С) сети относительно земли.

Первый вывод источника 1 оперативного напряжения через последовательно соединенные фильтр 3 л раз- . нязывающий элемент соединен с выходными клеммами 31 - 33 и непосредственно с входом блока 13 дифференцирования и первым входом вычислителя 11. Второй вывод источника . 1 оперативного напряжения соединен непосредственно с первым входом элемента 5 сравнения и вторым входом вычислителя 11, выход которого через второй нормально разомкнутый ана |логовый ключ 22 соединен с входом индикатора 28 и первым входом переключателя 15, второй (управляемый) вход которого соединен с вторым (уп- равляемым) входом аналогового ключа 23 и первым выходом задатчика 16 временных интервалов, а первый и второй выходы переключателя 15 через аналоговые запоминающие эломсги ы 1/ и 18 соответственно соединены с первым и вторым входами вычислителя 12. Выход последнего через нормально разомкнутый аналоговый ключ 23 соединен с первым входом элемента 6-сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 8 уставки, а выход - через пороговым элемент 10 соединен с вторым входом элемента И 19, первый вход которого соединен с выходом первого нормально разомкнутого аналогового ключа 21 и входом индикатора 27. Первый вход ключа.21 соединен с выходом порогового элемента 9, вход которого соединен с выходом элемента 5 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 7 уставки, Выход блока 13 дифференцирования через триггер 1 Шмитта соединен с втооыми (управляемыми) ахо.- дами аналоговых ключей 22 и 21 непосредственно, и через конденсатор 25 с вторым входом элемента ИЛИ 20, первый вход которого соединен с вторым выходом задатчика 16 временных интервалов.

Выход элемента ИЛИ 20 соединен с вторыми входами (входами стирания) аналоговых запоминающих элементов 17 и 18. Выход элемента И 19 соединен с первым входом статического триггера 2, второй вход которого через последовательно соединенные конденсатор 26 и выключатель (кнопку) 30 соединен с клеммой 35, к которой подведено напряжение питания постоянного тока. Выход статического триггера 2 соединен с входом индикатора 29.

Задатчик 16 временных интервалов содержит последовательно соединенные генератор 36 тактовых импульсов, элемент 37 задержки и о.д- новибратор 38, выход которого является первым выходом задатчика 16 временных интервалов, второй выход которого соединен с выходом генератора 36 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом., .

После подключения устройства через клеммы 31 33 к контролируемой сети, клемму З к земле и подаче напряжения питания на устройство .(подвод напряжения питания не показан) наминается заряд емкостей

СХА. скви СХС сети 39.

В связи с тем, что изменяющееся

в переходном процессе паление напряжения от оперативного сигнала на импедансе изоляции сети 39 поступа

0

5

0

5

0

5

ет на вход блока 13 дифференцирования, то на выходе его присутствует сигнал, который, воздействуя на триггер k Шмитта, обеспечивает на его выходе сигнал низкого уровня. Это приводит к тому, что нормально разомкнутые аналоговые ключи 21 и 22 находятся в исходном состоянии, предотвращая поступление информз- цибнных сигналов на входы индика1- торов 27 и 28 до тех пор, пока в цепи оперативного сигнала продолжается переходный процесс заряда емкостей сети 39.

После завершения указанного переходного процесса сигнал на выходе блока 13 дифференцирования становится равным нулю (или падает ниже априорно заданного уровня). На выходе триггера 1 Шмитта появляется сигнал высокого уровня, что- вызывает з амыкание аналоговых ключей 21 и 22, В результате замыкания аналогового ключа 22 информация о величине сопротивления изоляции се- ти 39, получаемая в результате опе- ;раций в вычислителе 11, поступает на вход индикатора 28 и на первый вход переключателя 15. При этом надо учитызать,- что падения напряжения оперативного сигнала, поступающие на первый и второй входы вычислителя 11, измеряются (фиксируются) по отношению к земле.

t

На первый вход вычислителя 11 поступает падение напряжения оперативного сигналя на последовательном соединении сопротивления Rp развязывающего элемента Ц и сопротивления изоляции RX сети 39. На второй вход вычислителя 1J поступает падение напряжения оперативного сигнала с калиброванного сопротивления.

В вычислителе 11 решается выражение0

5

где U4

t..R Ч R9

R

Г

(1)

падение напряжения оперативного сигнала из последовательном соединении сопротивления изоляции и сопротивления рззоязыьаюцего элемента k;

паление напряжения оперативного сигнала на сопротивлении датчика 2 тока;

R a - величина калиброванного ° сопротивления датчика 2 то. кз;

Р. ь - сопротивление развязывающего элемента k.

В результате замыкания аналогово ключ) 21 информация о соотношении (больше - меньше) величины сопротивления изоляции сети в данный момент времени и допустимого уровня величины сопротивления изоляции (величины уставки) поступает на вхоа индикатора 27.

При появлении после завершения преходного процесса в цепи оперативного, сигнала на выходе триггера 1ч Шмитта сигнала высокого уровня он (сигнал) в виде перепада напряжения (передний фронт сигнала) через конденсатор 25 и второй вход логического элемента ИЛИ 20 поступает на вторые входы (входы стирания) аналоговых запоминающих элементов 17 и 18, переводя их в исходное состояние. Поэтому, когда после замыкания аналогового ключа 22 на первый вход перекпючателя 15 поступает информация о величине сопротивления изоляции сети 39, то в зависимости от того, в каком состоянии находится одновибратор 38, она (информация записывается на аналоговый запоминающий элемент 17 или 18. При. переходе одновибратора в противоположное состояние информация, с входа переключателя 15 поступает на другой аналоговый запоминающий элемент (18 или 17). Так, например, если в первый момент времени после завершения переходного процесса в сети 39 одновибратор 38 находится в устойчивом состоянии, то информация записывается на аналоговый запоминающий элемент 17, а при переходе его в неустойчивое состояние - на аналоговый запоминающий элемент 18.

j

Если одновибратор 38 в.первый момент после завершения переходного процесса находится в неустойчивом состоянии, то эта первоначальная информация сразу записывается на аналоговый запоминающий элемент 18, а при возвращении через некоторое время опновибратора 38 в устойчивое состояние - на аналоговый запоминающий элемент 17.

0

5

0

5

Наиболее оптимален случай, ког- - да время пребывания одновибрзтора 38 в неустойчивом состоянии равно примерно половине паузы между тактовыми импульсами генератора 36 и занимает в этих паузах вторую и третью четверти.

Таким образом, с выходов аналоговых запоминающих элементов 17 и 18 на соответствующие входы вычислителя 12 поступает постоянно обновляемая на каждом такте генератора 3& информация о величине сопротивления изоляции сети на каждых двух соседних временных от- резках.

В вычислителе 12 определяется отношение абсолютной величины разности двух напряжений, пропорциональных величине сопротивления изоляции сети 39, соответствующих двум соседним временным отрезкам, к величине одной из них, например предшествующей. Эта операция описывается выражением

Ј Exr, - Rxn«- О --.,

кхп

(2)

0

5

0

5

0

5

Напряжение, пропорциональное указанному соотношению, с выхода вычислителя 12 через аналоговый ключ .23, замыкаемый в моменты нахождения одновибратора 38 в неустойчивом состоянии, поступает на первый вход элемента 6 сравнения, где сравнивается с напряжением, поступающим на второй вход элемента 6 сравнения с выхода блока 8 уставки. При превышении напряжением-с выхода вычислителя 12 напряжения уставки кратности на выходе элемента 6 сравнения появляется сигнал, который обеспечивает появление на выходе порогового элемента 10 сигнала высокого уровня, поступающего на втором вход элемента И 19, на первый вход которого поступает сигнчл, несущий информацию о соотношении (больше - 1 меньше) величины сопротивления изоляции сети 39 в данны момент, времени и допустимого уровня, определяемого блоком 7 уставки (уровня). Если уровень, определяемый блоком 7 устлвки, превышен., то на выходе элементе 5 сравнения ПОРРГ.ЯСТ- ся сигнал., обеспечивающим появление на выходе порогового элемента 9 сигнала высокого уровня, который

10

15

20

25

при замыкании аналогового ключа 21 .поступает на первый вход элемента И 19.

Если превышены уровни, задаваемые блоком 7 устзвки уровня и блоком 8 уставки кратности, то на первом и втором входах элемента И 19 присутствуют сигналы высокого уровня, обеспечивающие получение сигнала на выходе элемента И 19. Этот сигнал переводит статический триггер 2Ц в положение 2, при котором на входе индикатора 29 аварийности появляется сигнал. Этот сигнал мо- Жет быть снят только оператором при замыкании им выключателя 30, в результате чего передний фронт скачка постоянного напряжения, которое подведено к клемме 35, поступает через конденсатор 26 на второй вход статического триггера 2k, переводя его в.исходное состояние 1, при котором сигнал на входе индикатора 29 аварийности отсутствует.

Только при одновременном наличии двух факторов: превышении уставки уровня и превышении уставки кратности появляется информация об апа- рийном, с точки зрения пг- чпроопас- ности, режиме, т.е. в тон случае, когда превышение уставки уровня (является следствием резкого изменения величины сопротивления изоляции сети за короткий отрезок времени, например пробоя или перекрытия 35 изоляции.

Формула изобр. етения

Устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее источник оперативного напряжения, датчик тока, развязывающий элемент, фильтр, элемент сравнения, блок уставки, пороговый элемент, вычислитель, блок дифференцирования, триггер Шмитта, два аналоговых ключа, статический триггер, выключатель, конденсатора, причем первый вывод источ- ника оперативного напряжения через последовательно соединенные фильтр и развязывающий элемент соединен с клемм-Эми для присоединения к контролируемом сети, втором его г.ывод через датчик тока соединен с земляной шиной и непосредственно с первым уходом элемента сравнения, второй

30

40

45

50

55

5

0

5

5

0

0

вход которого соединен с блока уставки, а выход через

5

0

5

выходом последовательно соединенные пороговый элемент и первый аналоговый ключ соединен с входом первого индикатора, первый вход вычислителя соединен -с первым выводом источника оперативного напряжения, второй вход вычислителя соединен с вторым выводом указанного источника, третий вход вычислителя соединен с земляной шиной, выход вычислителя через второй аналоговый ключ соединен с вторым индикатором, первый вход блока дифференцирования соединен с первым выводом источника оперативного напряжения,второй вход блока дифференцирования соединен с земляной шиной, выход блока дифференцирования через триггер Шмитта соединен с вторыми входами первого и второго аналоговых ключей и первым выводом первого конденсатора, вход выключателя соединен с клеммой питания постоянного тока, выход выключателя соединен с первым выводом второго конденсатора, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности контроля величины сопротивления изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о нарушении пожзробезопасности путем различения локального и распределенного снижения сопротивления изоляции сети, в него дополнительно введены второй элемент сравнения, второй блок уста РКП, второй пороговый элемент, второй вычислитель, переключатель, два аналоговых запоминающих элемента, залатчик временных интервалов, третий аналоговый ключ, логический элемент ИЛИ, логический элемент. И, статический триггер и третий индикатор, причем первый вход переключателя соединен с выходом второго аналогового ключа, второй вход переключатели соединен с выхо- дом задатчи;са временных интервалов и вторым входом третьего аналогового ключа, первый оыход переключателя через аналоговый запоминающий элемент соединен с первым входом второго вычислителя, второй выход переключателя через второй аналоговый запоминающий элемент соединен с вторым входом второго вычислителя, выход которого соединен с первым входом третьего аналогового ключа,

выход которого соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока уставки, выход второго элемента сравнения через втрой пороговый элемент соединен с вторым входом логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого аналогового ключаV1 выход логического элемента И соединен с первым входом статического триггера, выход которого-соединен

с входом третьего индикатора, второй BXOQ статического триггера соединен с вторым выводом второго конденсатора, выход логического элемента ИЛИ соединен с вторыми входами аналоговых запоминающих элементов, первый вход логического элемента ИЛИ соединен с вторым выходом задат- чика временных интервалов, а второй вход логического элемента ИЛИ соединен с вторым выводом первого конденсатора .