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

Не вызывает сомнения, что левая часть уравнения (4) больше левой части уравнения

(5), так как - 1. Поэтому

Выражение для определения текущих мгновенных значений измерительного на- пряжения при разряде емкости записывается как

t

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции и емкости электрической сети. Цель изобретения - повышение точности особенно в сетях, имеющих большие емкости относительно земли при.одновременном повышении быстродействия и динамического диапазона измеряемых параметров. Устройство, реализующее способ, содержит источники 1,2 измерительного напряжения, аналоговые ключи 3-6, элементы 7-9 запоминания, сопротивления 10 и 11, элемент 12 сравнения, пороговый элемент, измеритель 14 временных интервалов, задатчики 15 и 16 временных интервалов, вычислитель 17, индикаторы 18 и 19, индикатор 20 аварийности, развязывающий блок 21, одновибратор 22, блок 23 формирования пауз, блок 24 искусственной нулевой точки, элемент 25 задержки. Подавая одновременно два скачка измерительного напряжения разной амплитуды, обеспечивают ускоренный заряд емкости сети до напряжения, равного амплитуде скачка измерительного напряжения. 2 ил. сл

12 ti.

т.е. время достижения в переходном процессе одного и того же заданного уровня заряда емкости сети (при прочих равных условиях) для переходного процесса от источника повышенного напряжения меньше, чем для переходного процесса от источника меньшего напряжения.

Таким образом, тангенс угла наклона кривой, описывающей переходный процесс на квазилинейном, начальном участке заряда емкости сети для переходного процесса от источника большего напряжения будет

U(t) UA-e

(7)

0

5

0

где UA- напряжение на емкости Сх в начальный момент времени разряда, фиксируемое в момент прерывания посгупления измерительного напряжения на импеданс изоляции.

УравненияТб) и (7) при фиксации первого и второго мгновенных значений принимают вид (для рассматриваемого случая):

lh UA nU0 (1 - е

tt

и2(,

j .

JU3 Uie

..1 A a

(8) (9)

He трудно показать, что решая совместно указанные уравнения при измеренных значениях п и Оз и априорно заданных значениях Ui, Uz. t2, выражения Rx и Сх будут выглядеть следующим образом:

t2-ln(1--)

-И, (Ю)

t2

-.(11)

ШП-УМ-ln U3 ln V T i „ ) m ТТГ

U2

Ui

Так как соотношение величин Ui и U2 выбирается разработчиком заранее, то для конкретных применений формулы (10) и (11) могут быть упрощены. Например, если U2 10Ui, то выражение (10) и (11) запишутся следующим образом:

Ri

т.2 In 0,9

ti In

U3 Ui

-П.

(12)

Сх t2

JL.,nO,9-.n-

(13)

Знак(-) в выражениях (11)и (13) исчезает при проведении вычислений, так как логарифм числа, меньшего единицы, всегда отрицателен.

На фиг. 1 изображена измерительная цепь предлагаемого устройства; на фиг. 2 - один из вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство для измерения сопротивления изоляции и емкости электрических сетей, реализующее предлагаемый способ, содержит источники 1 и 2 измерительного напряжения постоянного тока, аналоговые ключи 3-6, элементы запоминания (например, статические триггеры)7-9,сопротивления (резисторы) 10 и 11, элемент 12 сравнения, пороговый элемент 13, измеритель 14 временных интервалов, задатчики 15 и 16 временных интервалов, вычислитель 17, индикаторы 18 и 19 соп тивления изоляции и емкости соответственно, индикатор 20 аварийности, развязывающий блок 21, одновибратор22,блок23 формирования пауз (например, одновибратор), блок 24 искус- ственной нулевой точки, элемент 25 задержки, логический элемент ИЛИ 26, выключатель 27, конденсатор 28, клеммы 29- 32.

Кроме того, на фиг. 2 изображены отрезок трехфазной сети 33, сопротивления изоляции и емкости фаз сети RXA, RxB, RxC и СхА, СхВ и СхС. параллельное соединение которых дает эквивалентное сопротивление изоляций сети Rx и эквивалентную емкость

Сх сети, величины которых и представляют интерес.

Первый выход источника 1 измерительного напряжения постоянного тока через

последовательно соединенные нормально разомкнутый аналоговый ключЗ и сопротивление 10 соединен с входом блока 24 искусственной нулевой точки, выходы которого подсоединены к клеммам 30,31 и32. Второй

выход источника 1 измерительного напряжения постоянного тока присоединен к земле.

Первый выход источника 2 измерительного напряжения постоянного тока через

последовательно соединенные нормально разомкнутый аналоговый ключ 4 и сопротивление 0 соединен с входом блока 24 искусственной нулевой точки и входом развязывающего блока 21. Второй вход источника 2 измерительного напряжения постоянного гокэ соединен с землей.

Клемма 27, к которой подведено напряжение постоянного тока, через последовательно соединенные выключатель 27,

конденсатор 28 и первый вход элемента ИЛИ 26 соединена с первыми входами элементов запоминания (статических триггеров) 7 и 8, первым входом измерителя 14 временных интервалов и входом задэтчика

16 временного интервала. Вторые входы элементов запоминания (статических триггеров) 7 и 8 соединены с выходом порогового элемента 13, вторым входом измерителя 14 временных интервалов, входом задатчика 15 временного интервала и первым входом элемента запоминания (статического триггера) 9. Вход порогового элемента 13 соединен с выходом элемента 12 сравнения, первый вход которого подключен к выходу

аналогового ключа 3, а второй вход - к входу блока 24 искусственной нулевой точки. Выходы элеменюв запоминания (статических триггеров) 7-9 подключены к вторым (управляемым) входам аналоювых ключей 3, 4 и О

соответственно. Выход измерителя 14 временных интервалов соединен с первым входом вычислителя 17, второй вход которого через последовательно соединенные аналоговый ключ 5 и развязывающий блок 21 соединен с входом блока 24 искусственной нулевой точки. Первый и второй выходы вы- 4числителя 17 соединены с входами индикатора 18 сопротивления изоляции и индикатора 19 емкости сети соответсгвенно. Выход задатчика 15 временною интервала соединен с входом блока 23 формирования пауз непосредственно и через одновибратор 22 с вторым (управляемым) входом аналогового ключа 5 и входом

элемента 25 задержки, выход которого соединен с третьим входом вычислителя 17,

Выход блока 23 формирования пауз соединен с вторым входом элемента ИЛИ 26 и вторым входом элемента запоминания (статического триггера) 9, выход которого соединен и с вторым входом задатчика 16 временного интервала, выход которого через нормально замкнутый аналоговый ключ 6 соединен с входом индикатора 20 аварийности.

Работа устройства происходит следующим образом.

При замыкании выключателя 27 перепад напряжения поступает от клеммы 29 через конденсатор 28 и элемент ИЛИ 26 на первые входы статического триггера 7 и 8, переводя их в состояние 2, при которых замыкаются аналоговые ключи 3 и 4 соответственно, и на первый вход измерителя 14 временных интервалов, в котором начинается отсчет времени. Замыкание аналоговых ключей 3 и 4 ведет к тому, что в контролируемую сеть 33 начнут одновременно поступать единичные скачки двух измерительных напряжений Ui и 1)2. что вызовет переходный процесс установления измерительного напряжения на импедансе изоляции сети (параллельном соединении сопротивления изоляции Rx и емкости сети Сх), связанный с зарядом емкости сети Сх.

В связи с тем, что уровень напряжения U2 во много раз, например на порядок, выше, чем напряжение Ui, то практически скорость заряда емкости сети Сх будет определяться именно этим напряжением и уровень напряжения Ui на импедансе изоляции будет достигнут за время, во много раз меньше, чем в том случае, когда бы второе измерительное напряжение отсутствовало.

В этот момент уровни напряжений на входах элемента 12 сравнения станут равными, и на его выходе появится сигнал, который повлечет появление сигнала на выходе порогового элемента 13. Этот сигнал поступит на вторые входы элементов запоминания (статических триггеров) 7 и 8. переводя их в исходное состояние 1, что вызовет размыкание аналоговых ключей 3 и 4 и прекращение поступления измерительного напряжения обоих единичных скачков на импедансе изоляции.

Одновременно сигнал с выхода порогового элемента 13 поступит на первый вход элемента запоминания (статического триггера) 9, переводя его в состояние 2. при котором аналоговый ключ 6 размыкается. Тем самым предотвращается поступление

сигнала от задатчика 16 временного интервала на индикатор 20 аварийности. Сигнал с выхода элемента запоминания (статического триггера) 9 поступает и на второй вход задатчика 16 временного интервала, переводя его в исходное состояние.

Если величина сопротивления изоляции RX сети находится много ниже допустимого уровня и, естественно, много меньше вели0 чины зарядного сопротивления 10, например, при режиме короткого замыкания на землю, зарядить емкость сети до величины напряжения источника 1 напряжения постоянного тока (меньшего уровня) не представ5 ляется возможным, так как емкость шунтирована (практически закорочена)низ- коомным сопротивлением. Поэтому, для этого случая предусмотрена контрольная линия аварийности, состоящая из задатчика

0 16 временного интервала, нормально замкнутого аналогового ключа 6 и индикатора 20 аварийности. Если по истечении априорно заданного в задатчике 16 временного интервала сигнал с выхода порогового элемен5 та 13 на первый входэлемента запоминания (статического триггера) 9 не поступит и ключ 6 не разомкнется, то сигнал с выхода задатчика 16 временного интервала поступит на индикатор 20 аварийности, что будет ознэ0 чать нецелесообразность и некорректность дальнейших измерительных операций.

Априорно заданное время в задатчике 16 выбирается таким образом, чтобы оно превышало максимально возможное (исхо5 дя из величин емкости сети и зарядного сопротивления 10) время уравнивания указанных уровней.

Так как сигнал с порогового элемента 13 поступает и на второй вход измерителя 14

0 временных интервалов, то на его выходе появляется напряжение, величина которого несет информацию о времени, прошедшем от начала единичных скачков до момента уравнивания уровня заряда емкости сети с

5 уровнем напряжения на выходе источника 1. Это напряжение с выхода измерителя 14 временных интервалов поступает на первый вход вычислителя 17. Поступление сигнала с выхода порогового элемента 13 на

0 вход задатчика 15 временного интервала обеспечивает начало отсчета априорно заданного временного интервала, в течение которого происходит частичный разряд емкости сети Сх через сопротивление изоля5 ции Rx. По истечении этого заданного времени сигнал на выходе задатчика 15 временного интервала переведет одновибра- тор 22 в неустойчивое положение, при котором замкнется аналоговый ключ 5 и мгновенное значение напряжения в переходном процессе разряда емкости сети Сх через развязывающий блок 21 и аналоговый ключ 5 поступит на второй вход вычислителя 17.

Так как в вычислитель 17 заранее введены постоянные, характеризующие величины напряжения источников 1 и 2 напряжения постоянного тока Ui и U2 и априорно заданного временного отрезка t2, то через время, обусловленное элементом 25 задержки, сигнал с выхода одновибратора 22, поступающий на третий вход вычислителя 17 является командой на определение величин RX и Сх по заложенным в память вычислителя 17 выражениям и вывода этих определенных величин на индикаторы 18 и 19 соответственно.

Время задержки элемента 25 выбирается меньше времени пребывания одновибратора 22 в неустойчивом положении.

Сигнал с выхода задатчика 15 временного интервала поступает и на вход блока 23 формирования пауз, который может быть выполнен и в виде одновибратора. Интервал времени, задаваемый блоком 23 формирования пауз, обеспечивает возвращение емкости сети к нулевым начальным условиям (по отношению к измерительному сигналу).

Сигнал с выхода блока 23 формирования пауз поступает на второй вход элемента запоминания (статического триггера) 9, переводя его в исходное состояние, что обеспечивает замыкание аналогового ключа 6 и возвращение задатчика 16 временных интервалов в исходное состояние, и через второй вход логического элемента ИЛИ 26 на первые входы элементов запоминания (статических триггеров) 7 и 8, переводя их в состояние 2, первые входы измерителя 14 временных интервалов и задатчика 16 временного интервала, начиная тем самым новый цикл измерения.

Формула изобретения 1, Способ измерения сопротивления изоляции и емкости электрических сетей, при котором подают в контролируемую сеть единичный скачок измерительного напряжения постоянного тока, начиная заряд емкости сети, а в процессе разряда емкости сети через заданное априорно время измеряют мгновенное значение измерительного напряжения на импедансе изоляции сети, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения сопротивления изоляции и емкости электрических сетей, особенно имеющих большие емкости относительно земли, при одновременном повышении быстродействия и расширении

динамического диапазона измеряемых параметров, дополнительно одновременно с указанным первым единичным скачком измерительного напряжения подают в контролируемую сеть второй единичный скачок измерительного напряжения во много раз большей, например, на порядок, амплитуды, постоянно контролируют факт наличия переходного процесса заряда емкости сети

одновременно обоими разновеликими единичными скачками измерительного напряжения и фиксируют момент прекращения заряда емкости сети от единичного скачка меньшей амплитуды, измеряют время, прошедшее от подачи обоих разновеликих еди- ничных скачков измерительного напряжения до указанного момента, и прерывают поступление в контролируемую сеть обоих единичных скачков измерительного

напряжения, чем обеспечивают начало разряда емкости сети на сопротивление изоляции сети, и измеренное до указанного момента фиксации время заряда емкости сети, а также измеренное в процессе разряда емкости сети мгновенное значение измерительного напряжения через априорно заданное от начала разряда время используют для определения величины сопротивления изоляции и емкости сети по

выражениям

Ui

Сх где Ui и Ua амплитуды единичного скачка

измерительного напряжения меньшего

уровня и большего уровней соответственно;

1)з - измеренное (зафиксированное)

мгновенное значение измерительного напряжения в процессе разряда емкости сети через априорно заданное время;

. ti - измеренное время достижения момента прекращения заряда емкости сети

единичным скачком измерительного напряжения меньшей амплитуды;

t2 - априорно заданное время в период разряда емкости сети от момента начала разряда;

RT - величина сопротивления, через которое единичный скачок измерительного напряжения большей амплитуды поступает на импеданс изоляции (на заряд емкости сети).

RI -CZr

А

U +