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

Изобретение относится к измерительной технике.

Целью изобретения является повышение надежности контроля сопротивления путем разделения информации о локальном и распределенном характере снижения сопротивления изоляции электрической сети.

Способ основан на следующем.

Так как величина сопротивления изоляции контрольного кабеля выбирается в определенном заданном соотношении с величиной сопротивления изоляции контролируемой сети в исходном состоянии при всех включенных фидерах, например 100 кОм и 50 кОм соответственно, при отключении части фидеров от сети ее общее (эквивалентное) сопротивление возрастает. При изменении различных внешних факторов (температура, влажность, старение и

т.д.), ведущих к обратимому или необратимому изменению величины сопротивления изоляции, распределенному по длине сети, соотношение между величинами сопротивления изоляции контрольного кабеля и сети остается почти неизменным в некото ром диапазоне величин, определяемом количеством включенных в данный момент фидеров.

Поэтому величины составляющих оперативного тока, протекающих через изоляцию контрольного кабеля и контролируемой сети, обратно пропорциональны величинам соответствующих сопротивлений изоляции и находятся в области априорно заданных соотношений, границы которых определяются возможной структурой контролируемой сети в каждый данный момент времени (т.е. количеством подключенных фидеров) в

к XI

4 О

исправном (неаварийном) состоянии. При локальном же (аварийном) снижении величины сопротивления изоляции в контролируемой сети ниже заданного допустимого значения соотношение между величинами сопротивления изоляции контрольного кабеля и контролируемой сети резко изменяется, величина общего сопротивления изоляции контролируемой сети значительно уменьшается, и поэтому отключение (или подключение) параллельно сопротивлению изоляции контролируемой сети сопротивления изоляции контрольного кабеля практически не изменяет величины сопротивления изоляции, обтекаемого оператив- ным током, величина которого при отключении (или подключении) контрольного кабеля практически остается неизменной.

Способ осуществляется следующим образом.

При наложении на контролируемую сеть тока оперативного сигнала и завершении переходного процесса установления оперативного сигнала на импедансе изоляции, наряду со сравнением величины тока оперативного сигнала с допустимым уровнем и индикацией результата сравнения, измеряют падение напряжения оперативного тока на импедансе изоляции и опорном резисторе и определяют и индицируют величину сопротивления изоляции. Дополнительно периодически осуществляют параллельное наложение тока оперативного сигнала на контрольный кабель, фиксируют величину суммарного тока оперативного сигнала и в случае превышения этим током допустимого уровня прерывают наложение оперативного тока на контрольный кабель, фиксируют новую величину оперативного суммарного тока, сравнивают ее с первоначальной и в случае практической неизменности (примерного равенства) указанных величин выдают сигнал о наличии локального (аварийного) снижения величины сопротивления изоляции в электрической сети.

На чертеже приведена функциональная схема, поясняющая предлагаемый способ.

Схема содержит источник 1 оперативного напряжения, датчик 2 тока, блок 3 контроля, блок 4 измерения, блок 5 дифференцирования, фильтр 6, развязывающие элементы 7 и 8, контрольный кабель 9, за- датчик 10 временных интервалов, блок 11 анализа характера изменения оперативного тока (при коммутациях контрольного кабеля), аналоговые ключи 12 и 13, логический элемент И 14, индикаторы 15-17, клеммы 18-21 присоединения.

Кроме того, на чертеже изображена контролируемая сеть 22.

Первый выход источника 1 оперативного напряжения через последовательно соединенные фильтр 6 и развязывающий элемент 7 подключен к сетевым клеммам 18-20, а через последовательно соединенные аналоговый ключ 13 и развязывающий элемент 8 - к фазам контрольного кабеля 9.

Второй выход источника 1 оперативного на-. пряжения через датчик 2 тока соединен с земляной клеммой 21, а также непосредственно с первым входом блока 3 контроля, вторым входом блока 4 измерения и первым

входом блока 11 анализа характера изменения оперативного тока. Первый выход источника 1 оперативного напряжения подключен также к первому входу блока 4 измерения и входу блока 5 дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом блока 3 контроля, третьим входом блока 4 измерения и третьим входом блока

11анализа характера изменения оперативного тока. Выход блока 3 контроля через

нормально разомкнутый аналоговый ключ

12соединен с входом индикатора 15, вторым входом блока 11 анализа характера изменения оперативного тока и первым входом логического элемента И 14, второй

вход которого подключен к второму выходу блока 11 анализа характера изменения оперативного тока, а выход элемента И 14 соединен с входом индикатора 17. Четвертый вход блока 11 анализа характера изменения оперативного тока подключен к второму выходу задатчика 10 временных интервалов, а первый выход блока 11 анализа характера изменения оперативного тока - к второму (управляемому) входу аналогового ключа 13. Первый выход задатчика 10 временных интервалов соединен с вторым (управляемым) входом аналогового ключа 12.

При подаче питания начинается заряд

емкостей СХА, Схв и Схс сети 22 и емкостей СОА, Сов и Сое контрольного кабеля 9 через нормально замкнутый аналоговый ключ 13.

В связи с тем, что изменяющееся в переходном процессе падение напряжения от оперативного сигнала на параллельном соединении (через соответствующие развязывающие элементы 7 и 8) импедан ов

изоляции сети 22 и контрольного кабеля 9 поступает на вход блока 5 дифференцирования, то на его выходе будет сигнал низкого уровня. Это приводит к тому, что с выходов блока 3 контроля и блока 4 измерения не поступают информационные сигналы, а

блок 11 анализа характера изменения оперативного тока заблокирован.

После завершения указанного переходного процесса на выходе блока 5 дифференцирования появляется сигнал высокого уровня, который разрешает поступление информации о величине сопротивления изоляции в сети на индикатор 16, о снижении величины сопротивления изоляции в сети ниже допустимого уровня с выхода блока 3 контроля при замкнутом аналоговом ключе 12 на индикатор 15 и фиксацию информации о величине оперативного тока, поступающей на первый вход, и о снижении величины сопротивления изоляции в сети ниже допустимого уровня на второй вход блока 11 анализа характера изменения оперативного тока.

При этом надо учитывать, что падение напряжения оперативного сигнала с первого и второго выводов источника 1 оперативного напряжения, поступающее соответственно на первый и второй входы блока 4, измеряются по отношению к земле.

Строго теоретически на первый вход блока 4 измерения поступает падение напряжения оперативного сигнала на параллельно подключенных цепочках, состоящих из последовательно соединенных сопротивлений Rp развязывающего элемента 7 и сопротивлений изоляции Rx контролируемой сети 22; последовательно соединенных сопротивлений развязывающего элемента 8 и сопротивлений изоляции контрольного кабеля 9, т.е. на сопротивлении Rn:

и (Rx + Rp) (Rp + R p)

Rn

т RO т К р

(D

где RX - сопротивление изоляции контролируемой сети;

R0 - сопротивление изоляции контрольного кабеля;

- сопротивления развязывающих элементов 7 и 8.

На второй вход блока 4 измерения поступает падение напряжения оперативного сигнала с калиброванного сопротивления (датчика 2 тока).

Так как RP RP«RX и RP RP«R0, то, не вводя большой погрешности, можно записать, что

R -U R -

Кп U2 g R7+lV

(2)

где Ui - падение напряжения оперативного сигнала на параллельных импедансах изоляции сети и контрольного кабеля;

Ua - падение напряжения оперативного сигнала на сопротивлении датчика 2 тока;

Rg - величина калиброванного сопротивления (датчика 2 тока), отсюда

Rx

Ro Rn Ro + Rn

(3)

Нормально разомкнутый аналоговый ключ 12 периодически замыкается по сигналам с первого выхода задатчика 10 временных интервалов, поступающим на второй (управляемый) вход аналогового ключа 12.

Периодическое размыкание этого ключа обеспечивает периодическое обновление информации, поступающей на индикатор 15, в блок 11 анализа характера изменения оперативного тока и, как следствие, на индикатор 17, дающий информацию о характере снижения сопротивления изоляции (локальном или распределенном), т.е. об аварийности ситуации либо отсутствии таковой, что оценивается с помощью уставки

в блоке 11 анализа характера изменения оперативного тока.

Задатчик 10 временных интервалов представляет собой последовательное соединение генератора тактовых импульсов и

одновибрзтора, причем на первый выход зг- датчика 10 поступают сигналы с одновибрь тора, а на второй - с генератора тактовых импульсов. Время пребывания одновибра- тора в неустойчивом состоянии составляет

примерно 90-95% от длительности паузы между импульсами генератора тактовых импульсов. Во время пребывания одновибра- тора в неустойчивом состоянии сигнал высокого уровня с его выхода (с первого

выхода задатчика 10) вызывает замыкание ключа 12.

При нахождении величины сопротивления изоляции сети 22 и параллельно присо- единенного контрольного кабеля 9

(сопротивление изоляции которого в 5-10 раз больше) выше уставки (допустимого заданного уровня), т.е. в норме, сигнал на выходе блока 3 контроля отсутствует. При снижении величины сопротивления изоляции ниже допустимого уровня на выходе блока 3 контроля появляется сигнал, который поступает на индикатор 15, на первый вход элемента И 14 и на второй вход блока 11 анализа характера изменения оперативноготока, вызывая появление на его первом выходе потенциала высокого уровня, ведущего к размыканию аналогового ключа 13. В результате происходит отключение контрольного кабеля 9 (и его изоляции) от

источника 1 оперативного напряжения и прерывается протекание тока оперативного сигнала по сопротивлению изоляции R0 контрольного кабеля 9. В блоке 11 анализа характера изменения оперативного тока фиксируется (запоминается) информация как о величинах оперативного тока до отключения, так и после отключения контрольного кабеля 9, естественно, после завершения переходных процессов уста- новления, вызываемых отключением (или выключением) контрольного кабеля 9, что определяется с помощью блока 5 дифференцирования. В блоке 11 определяют разность между этими величинами, которая соотносится с первоначальным значением оперативного тока (до отключения), т.е. решается выражение

д

Ь -l2

(4)

где И и 2 - величины оперативных токов до и после отключения контрольного кабеля 9.

Сигнал, пропорциональный этому выражению, сравнивается в блоке 11 анализа с уровнем, задаваемым находящейся там же уставкой, и в случае, если полученный сигнал будет меньше этого уровня, то на вто- ром выходе блока 11 появляется сигнал, который поступает на второй вход элемента И 14, на первом входе которого уже присутствует сигнал с выхода блока 3 контроля (в случае снижения величины сопротивления изоляции контролируемой сети 22 ниже допустимого уровня). Поэтому сигнал с выхода элемента И 14 поступает на индикатор 17 в качестве информации о имеющемся локальном (аварийном) снижении величины сопротивления изоляции. Если же изменение величины оперативного тока в измерительной цепи после отключения контрольного кабеля 9 значительно (т.е. ориентировочно соответствует той доле общего оперативного тока, которая проходила через него, исходя из величин его сопротивления изоляции и общего сопротивления изоляции сети 22), то сигнал при вычислении выражения (4) превышает уровень, за- даваемый блоком уставки в блоке 11 анализа. В этом случае на втором выходе блока 11 сигнал не появляется, что приводит к отсутствию сигнала на выходе элемента И 14 и, соответственно, на индикаторе 17, т.е. на индикаторе 17 отражается нормальное (неаварийное), с точки зрения пожароопасное™, состояние изоляции. Эта же ситуация возникает и в случае, если сопротивление

0 5

0

5

0 5 0 5 0 5

изоляции контролируемой сети 22 выше допустимого уровня, так как на первом входе элемента И 14 отсутствует сигнал.

Таким образом, несмотря на то, что зафиксировано общее снижение величины сопротивления изоляции ниже допустимого уровня ic помощью блока 3 контроля), показанное на индикаторе 15, оператору ясно, что ситуация с точки зрения пожароопасно- сти не является аварийной, так как имеет место распределенное снижение сопротивления изоляции по длине сети, что не ведет к локальным перегревам и возгораниям,

В связи с тем, что информация о состоянии изоляции сети должна периодически обновляться, с тактовой частотой, задаваемой генератором тактовой частоты (в задат- чике 10 временных интервалов), поступающей на второй выход непосредственно и через одновибратор на первый выход задат- чика 10, осуществляется периодическое стирание информации с запоминающих элементов в блоке 11 анализа и периодическое подключение контрольного кабеля 9.

Затем цикл контроля и измерения повторяется.

Формула изобретения Способ контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей, основанный на наложении на электрическую сеть тока оперативного сигнала, при котором после завершения переходного процесса установления напряжения оперативного сигнала на импедансе изоляции сети сравнивают величину тока оперативного сигнала с допустимым уровнем, одновременно измеряют падение напряжение оперативного сигнала на импедансе изоляции и опорном резисторе и определяют величину сопротивления изоляции электрической сети, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля сопротивления изоляции путем разделения информации о локальном и распределенном характере снижения сопротивления изоляции электрической сети, дополнительно периодически осуществляют параллельное наложение тока оперативного сигнала на контрольный кабель, фиксируют величину суммарного тока оперативного сигнала, в случае превышения этим током допустимого уровня прерывают наложение тока оперативного сигнала на контрольный кабель, фиксируют новую величину суммарного тока оперативного сигнала, сравнивают ее с первоначальной и в случае равенства указанных величин выдают сигнал о наличии локального снижения величины сопротивления изоляции в электрической сети.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение надежности контроля сопротивления изоляции путем разделения информации о локальном и распределенном характере снижения сопротивления изоляции электрической сети. При наложении на контролируемую сеть тока оперативного сигнала и завершении переходного процесса наряду со сравнением величины тока с допустимым уровнем измеряют падение напряжения на опорном резисторе и дополни- тельно периодически осуществляют параллельное наложение тока оперативного сигнала на контрольный кабель. Фиксируют величину суммарного тока оперативного сигнала и в случае превышения этим током допустимого уровня прерывают наложение оперативного тока на контрольный кабель. Фиксируют новую Величину оперативного суммарного тока и сравнивают ее с первоначальной, а в равенства указанных величин выдают сигнал о наличии локального снижения величины сопротивления изоляции в электрической сети. 1 ил. (Л