Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей Советский патент 1992 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к измерениям сопротивления изоляции электрических сетей, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных, причем напряжение сети может быть как постоянным, так и переменным.

Известен способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей, заключающийся в том, что на сеть подают единичный скачок измерительного напряжения, фиксируют момент достижения ука- занным напряжением экстремума на импедансе изоляции, измеряют величину падения напряжения от активной составляющей полного тока измерительного напряжения на импедансе изоляции, находят ее

соотношение с опорной (эталонной) величиной падения напряжения от активной составляющей полного тока и определяют величину сопротивления изоляции по выведенной расчетной формуле. Основным достоинством данного метода является повышение быстродействия устройств измерения сопротивления изоляции.

Однако повышение быстродействия способствует уменьшению погрешности измерения, так как уменьшает вероятность изменения как сопротивления изоляции, так и емкости сети из-за подключения и отключения потребителей во время измерения.

Известен также способ измерения сопротивления изоляции, заключающийся в подключении к контролируемой сети вспоV|

СО

V|

CJ

ON СА)

могательного источника постоянного напряжения, осуществлении его регулярной коммутации таким образом, чтобы моменты коммутации не были коррелированы с изменением напряжения контролируемой сети, и определении величины сопротивления изоляции сети по сумме значений напряжения в измерительной точке, измеренных в моменты, предшествующие коммутации. Способ характеризуется возможностью измерения сопротивления изоляции как обесточенных сетей, так и сетей, находящихся под постоянным или переменным напряжением.

Однако данному способу присущ существенный недостаток, заключающийся в его малом быстродействии. Это обусловлено тем, что после каждой проведенной коммутации вспомогательного источника постоянного напряжения производить измерение напряжения в измерительной точке можно лишь через промежуток, достаточный для перезаряда емкостей сети, и лишь затем производить очередную коммутацию. Поскольку емкости сети могут достигать нескольких сот микрофарад, то время измерения сопротивления изоляции сети может достигать несколько десятков или даже сотен секунд. Это часто недопустимо, так как из-за возможности вероятного подключения или отключения потребителей во время измерения может появиться недопустимо большая погрешность измерения.

Наиболее близким к изобретению является способ, реализованный в устройстве контроля сопротивления изоляции сетей постоянного тока, основанном на измерении тока утечки через изоляцию от вспомогательного источника питания постоянного напряжения. С целью сокращения цикла работы измерительного преобразователя введен второй вспомогательный источник постоянного тока, обеспечивающий совместно с дополнительной диагональю автоматическую компенсацию разбалансировки четырехплечевого моста схемы измерений. В мостовой схеме измерений сопротивления изоляции сети постоянного тока предполагается два этапа работы измерительного преобразователя; балансировка измерительного моста путем перемещения подвижного контакта потенциометра, подключенного к заземлителю, причем неподвижные контакты потенциометра подключены к полюсам контролируемой сети; измерение тока утечки под действием вспомогательного источника измерительного напряжения, включенного в диагонали измерительного моста после его балансировки.

Сокращение цикла работы измерительного преобразователя согласно этому способу достигается за счет исключения из процесса измерений первого этапа работы

- балансировки измерительного моста. С помощью датчика (выпрямитель тока в дополнительной диагонали моста - обмотки измерительного трансформатора) обеспечивается автоматическая балансировка из0 мерительного моста. Это позволяет непрерывно получать сигналы о значении сопротивления изоляции по результатам оценки значения тока, протекающего под действием вспомогательного источника по5 стоянного напряжения. В описании этот источник назван источником постоянного тока, что естественно, так как в обычной терминологии любой источник напряжения, в частности и аккумуляторные батареи, мо0 жет быть назван источником постоянного тока.

Однако здесь используется обычный источник постоянного стабилизированного напряжения под действием которого проте5 кает ток утечки через изоляцию I, определяемый по выражению

I E/R + RBH,

где Е - напряжение вспомогательного источника;

0 RBH - сопротивление измерительной цепи измерительного преобразователя; R - искомое сопротивление изоляции. По шкале градуировки в зависимости от тока I определяется сопротивление изоля5 ции R. Второй вспомогательный источник постоянного напряжения не несет специальной функции в формировании измерительного процесса; он предназначен для создания необходимых начальных условий

0 работы суммирующего трансформатора.

При применении устройств, основанных на этом способе, сокращается длительность цикла работы измерительного преобразователя. Однако в сетях, обладаю5 щих большой емкостью относительно земли (сотни микрофарад), рассматриваемый способ не обеспечивает необходимого быстродействия; при подключении любого приемника электроэнергии длительность

0 переходного процесса в измерительной цепи может достигать десятков секунд.

Цель изобретения - сокращение времени измерения и повышение точности измерений сопротивления изоляции в

5 разветвленных электрических сетях с большой емкостью сети и изменяющейся структурой.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения сопротивления изоляции электрических сетей, основанном на измерении тока утечки через изоляцию от вспомогательного источника постоянного измерительного напряжения, сначала производят заряд емкости сети относительно земли постоянным током неизменного зна- чения до величины заданного значения напряжения, потом отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного напряжения заданного значения и проводят измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерений с изменением полярности напряжения на емкостях сети и обрабатывают результаты измерений, причем количество циклов измерений зависит от рода тока контролируемой сети.

На фиг. 1 приведена схема, поясняющая принцип действия предлагаемого способа; на фиг.2 - пример реализующего способ устройства.

Устройство состоит из ключа 1, соединенного с двумя ключами 2 и 3 и подключающего к сети один из источников 4 и 5 питания. Источники питания состоят из генераторов 6 и 7 тока и генераторов 8 и 9 напряжения. Эти источники питания подключаются к электрической сети, состоящей из источника 10 напряжения сети, нагрузки 11, сопротивлений 12 и 13 изоляции полюсов сети и емкостей 14 и 15 сети.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

С помощью ключа 1 к сети подключается источник 4 питания, а с помощью ключа 2 к сети подключается источник б тока, и начинается заряд емкостей сети. Как только напряжение в точке а достигнет величины напряжения источника 8 напряжения, с помощью ключа 2 к сети подключается источник 8 напряжения и производится изменение тока утечки i. Этот ток утечки содержит две составляющие: полезную, обусловленную влиянием источника 8 напряжения, и мешающую ; обусловленную влиянием источника 10 напряжения сети. Затем с помощью ключа 1 к сети подключают источник 5 питания, а в нем с помощью ключа 3 - источник 7 тока, и производят заряд емкостей сети до тех пор, пока напряжение в точке а не достигнет значения на- пряжения источника 9 напряжения. Далее подключают источник 9 и производят измерение тока утечки. Этот ток, также как и в предыдущем случае, содержит две составляющие. Так как полярности источников 8 и 9 напряжения и напряжения токов генераторов 6 и 7 токов противоположны, то, значит, и полезные составляющие измеренных токов имеют разные знаки, а мешающие составляющие (в случае постоянного напряжения сети 10) имеют неизменный знак и величину. Если теперь произвести вычитание полных значений измеренных величин токов утечки, то получим, что полезные составляющие просуммируются, а мешающие вычтутся и станут равны нулю. В случае, если значения величин источников тока 6 и 7 и напряжения 8 и 9 равны, то при описанной операции вычитания произойдет удвоение полезной составляющей тока i, которая обратно пропорциональна сопротивлению изоляции сети, т. е. параллельному соединению сопротивлений 12 и 13. Таким образом, производя указанные операции, можно производить измерение сопротивления изоляции сетей.

Покажем, что предложенный способ позволяет сократить время измерения сопротивления изоляции. В известном способе вспомогательное напряжение Е воздействовало на сеть через ограничительное сопротивление R и напряжение в измерительной точке изменялось по закону.

u -ERTfc-O-e STi Tc

Измерение можно проводить после окончания переходных процессов, т. е. через

R RHS

(R//RM3)C 5C0)

R+Киз

В предлагаемом способе (фиг. 1) напряжение в измерительной точке изменяется по закону

Uc(t) I Rna(1 - е ).

Подключение источника напряжения можно осуществлять, когда напряжение в измерительной точке достигнет (как и в

R

предыдущем случае) уровня Е „--,

к

г- Rr-- t2

т. е.

- I Риз (1 - е киз с

R I RHS

Преобразуя это выражение, получим t2 RH3Clu 1-|(R|M

Используя разложение логарифмической функции в ряд, получим

t2 RHS С I (R + Риз)

+

-...

2/I2 (R + RM3)2 3fl3 (R + RM3)3 Если величина тока I в предлагаемом способе выбрана такой же, как и максимальное значение тока в способе, взятом за прототип, т. е. J E/R, то получим

С

R

R

R + Rn 2 (R + Rmy

+

+

RJ

6 (R + Риз)3 (2)

Если выбрать величину тока i значительно

больше, чем значение E/R, т. е. | , то

к

получим

TCR+RMS)

t21 -Rn3C

1 следовательно,

ЩТР) (3) Определим значения времени измерения для всех трех случаев из выражений (1-3) при следующих параметрах сети: Е 100 В, R ЮкОм, Rn3 100 кОм, С 100 мкф, ( 1 А (для третьего случая). Получим

ti 4,5 с; t2 0,9 с; t2 0,009 с. Таким образом, предлагаемый способ измерения сопротивления изоляции позволяет существенно (на несколько порядков) сократить время измерения. Причем целесообразно брать генератор тока большой величины (например, как в рассмотренном примере в третьем случае). При этом через время t2 к сети подключается источник напряжения и производится измерение тока утечки, затем процесс измерения повторяется с изменением направления тока генератора тока и изменением полярности напряжения. Таким образом, весь процесс измерения сопротивления изоляции (при постоянном напряжении контролируемой сети) составит для принятых в примере значений величин примерно 20 мс, в то время как в способе, взятом за прототип, он превысит 9 с.

Вероятность подключений и отключений потребителей в контролируемой сети за такой промежуток времени мала, что приводит к повышению точности измерения сопротивления изоляции.

Кроме того, если, например, достаточно измерять сопротивление изоляции не чаще, чем один раз в секунду, то при времени измерения в 20 мс измерительное устройство подключается к сети лишь на 1/50 ч. времени работы сети. Таким образом, большую часть времени измерительное устройство к сети не подключено и сеть работает в естественном режиме, что существенно повышает надежность ее работы.

Предлагаемый способ может быть реа- лизовдн, например, устройством, принципиальная схема которого приведена на фиг. 2.

Устройство состоит из ключей 1,2 и 3, генераторов 4 и 5 тока, генераторов 6 и 7 напряжения, эталонных сопротивлений 8 и 9, устройства 10 сравнения, измерителей 11 и 12 тока утечки, вычислительного устройства 13, выходного устройства 14 и синхронизатора 15. Электрическая сеть состоит из источника 16 напряжения сети, нагрузки 17, емкостей 18 и 19 сети, сопротивлений 20 и

21 изоляции.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 15 с помощью ключей 1 и 2 подключает к контролируемой сети ис0 точник 4 тока, и начинается заряд емкостей сети 18 и 19. Как только напряжение в точке а достигнет заданного значения, равного значению напряжения источника 6, что определяется устройством 10 сравнения, ключ

5 2, управляемый устройством 10 сравнения, подключает к сети источник 6 напряжения, и производится измерение тока утечки i, протекающего через источник 6 напряжения и эталонное сопротивление 8. Этот ток

0 утечки создает падение напряжения на сопротивлении 8, которое измеряется измерителем 12 тока утечки. После проведения измерений синхронизатор 15 изменяет состояние ключа 1 таким образом, что через

5 ключи 1 и 3 к сети подключается источник 5 тока, направление тока которого противоположно направлению тока генератора 4, и вновь происходит перезаряд емкостей сети. Как только напряжение в точке а достигнет

0 значения напряжения, равного значению напряжения генератора 7 (обычно величины тока и напряжения соответственно генераторов 4 и 5 тока и генераторов 6 и 7 напряжения берут равными по абсолютной

5 величине) устройство 10 сравнения с помощью ключа 3 подключает к сети генератор напряжения 7, и измеритель тока утечки 11 производит измерение падения напряжения на эталонном сопротивлении 9, которое

0 пропорционально току утечки i. Вычислительное устройство 13 формирует разность между двумя измеренными значениями тока утечки, а эта величина, как показано при описании способа, обратно пропорциональ5 на (в случае постоянства напряжения контролируемой сети 16) величине сопротивления изоляции сети, что и отображается выходным устройством. Если напряжение сети переменное, то производится

0 большее число описанных циклов измерения и в вычислительном устройстве 13 осуществляется суммирование результатов этих измерений, причем значение суммы однозначно определяет величину сопротивле5 ния изоляции сети, что и отображается выходным устройством.

Испытания макетного образца, которые происходили в условиях, приближенных к натуральным, подтвердили правильность дринятых технических решений, которые

позволили сократить время измерения, повысить точность измерения сопротивления изоляции сети и повысить надежность работы контролируемой сети.

Предлагаемый способ измерения сопротивления изоляции позволяет измерять ускоренно сопротивление изоляции сетей как обесточенных, так и находящихся под постоянным или переменным напряжением. Причем большую часть времени устройство измерения может быть не подключено к сети, что позволяет повысить надежность работы контролируемой электрической сети.

Формула изобретения Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей, основанный на

0

5

измерении тока утечки через изоляцию от вспомогательного источника постоянного измерительного напряжения, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения и повышения точности измерений в разветвленных электрических сетях с большой емкостью и изменяющейся структурой, производят заряд емкости сети относительно земли постоянным током неизменного значения до величины заданного значения напряжения, потом отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного напряжения заданного значения и проводят измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерений с изменением полярности напряжений на емкостях сети.

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к измерению сопротивлений изоляции электрических сетей, находящихся под рабочим постоянным напряжением или обесточенных. Цель изобретения -сокращение времени измерения и повышение точности измерений в разветвленных электрических сетях с большой емкостью и изменяющейся структурой. Способ состоит в том, что производят заряд емкости сети относительно земли постоянным током неизменного значения до величины заданного значения напряжения, отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного напряжения заданного значения и проводят измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерений с изменением полярности напряжений на емкостях сети. 2 ил.

Фиг 1