Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к области измерения сопротивления изоляции изолированных от земли однофазных или трехфазных электрических сетей переменного |тока, находящихся под рабочим напряжением.

Известно устройство для измерения сопротивления изоляции сетей переменного тока по 1, содержащее согласующий трехфазный выпрямительный мост, подключенный к фазам контролируемой сети, и

переменный резистор (потенциометр), подключенный к выходу этого моста; подвижный контакт потенциометра через амперметр, ограничительный резистор и двухполюсный переключатель связан с заземлением, при этом в первом положении переключателя его выходные контакты закорочены, а во втором положении между ними включен вспомогательный источник постоянного измерительного напряжения. В первом положении переключателя путем перемещения подвижного контакта потенциометра производится балансировка моста, образованного плечами потенциометра и сопротивлениями изоляции полюсов (фаз) контролируемой сети (фиксируется по нулевому отсчету амперметра). Во втором поло- 5 жении переключателя в диагональ моста, содержащую амперметр и ограничительный резистор, включается источник измерительного напряжения; при этом величина тока и диагонали оказывается функцией сопротив- 10 ления изоляции сети. Для уменьшения погрешности потенциометр выполняют низкоомным.

К недостаткам этого устройства следует отнести относительно высокую стоимость 15 устройства, обусловленную наличием специального низкоомного потенциометра и вспомогательного источника стабилизированного постоянного напряжения, Кроме того, в результате включения низкоомного 20 потенциометра на полное выпрямленное напряжение сети (500 В для контролируемой сети 380 В) повышается активная мощность, выделяемая нз потенциометре; в результате снижается его надежность.25

Известно более надежное и более дешевое устройство для измерения сопротивления изоляции сетей переменного тока 2, содержащее группу полупроводниковых выпрямителей по числу линейных проводов 30 контролируемой сети, одноименные электроды которых подсоединены к линейным проводам, а другие одноименные электроды соединены в общую точку и через ограничительный резистор подключены к 35 заземлителю; схема устройства содержит также вольтметр постоянного тока, подключенный между одним из линейных проводов сети и заземлителем, При такой схеме включения напряжение, измеряемое вольтмет- 40 ром (постоянная составляющая в кривой .напряжения фаза - земля) оказывается однозначной функцией искомого сопротивления изоляции. Однако экспериментально установлено, что и это устройство имеет су- 45 щественный недостаток - теряет достоверность показаний в том случае, если контролируемая сеть содержит хотя бы один электроприемник постоянного тока, подключенный к ней через полупроводни- 50 ковый выпрямительный мост. Устройство не имеет дополнительной погрешности только в двух случаях - когда в контролируемой сети переменного тока нет вентильной нагрузки и когда сопротивления изоляции RI 55 и R2 полюсов вентильной нагрузки равны между собой. В общем виде, когда цепи постоянного тока за выпрямительными мостами имеют неравные сопротивления изоляции полюсов (Ri - R2), вольтметр может

показывать любое произвольное значение, как меньшее, так и большее фактического (в зависимости от соотношения сопротивлений Ri и Ra).

Известно достаточно простое устройство 3 для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока, которое принимаем за прототип.

Это устройство содержит три вентиля (полупроводниковых выпрямителя), катоды которых подключены к линейным проводам контролируемой сети, а аноды объединены в общую точку, которая через амперметр (обмотку токового реле) связана с заземлителем.

В процессе изменения мгновенных значений фазных напряжений источника электроэнергии вентили поочередно открываются и закрываются. Всегда открыт вентиль той фазы, которая имеет в данный момент наибольшее положительное значение напряжения. Эта фаза через сопротивление RM (амперметра или обмотку токового реле) замыкается на землю, и через амперметр протекает ток изм(т), зависящий при данном напряжении сети с амплитудой Um от сопротивлений изоляции двух других фаз. Среднее значение (постоянная составляющая) этого тока за период изменения рабочего напряжения определяется выражением:

Юр3 V3 Um 2п Rw + R

то есть среднее значение тока является однозначной функцией эквивалентного сопротивления изоляции сети R.

Это устройство несложно по конструкции и удобно при пользовании, но имеет ряд недостатков. На каждом периоде изменения рабочего напряжения сети каждая из фаз поочередно замыкается на землю, чем ухудшаются условия безопасности (например, при глубоком однофазном снижении сопротивления изоляции может возникнуть опасный режим двухфазного короткого замыкания через землю). Если в сети имеются электроприемники постоянного тока, гальванически связанные с цепями переменного тока через полупроводниковые выпрямители, то при этом ток в измерительной цепи не будет являться однозначной функцией эквивалентного сопротивления изоляции сети 4. Результат измерений может быть в сотни раз выше фактического значения сопротивления изоляции, в связи с чем так же, как и в первом случае, ухудшаются условия безопасности при эксплуатации сети (обслуживающий персонал не может обнаружить пожароопасное снижение сопротивления изоляции и своевременно принять меры к устранению неисправности). Вследствие гиперболической зависимости тока в измерительной цепи от сопротивления изоляции образуется недостаточная точность измерений в неразветвленных сетях, содержащих ограниченное количество приемников электроэнергии и соответственно имеющих достаточно высокий уровень сопротивления изоляции в кор- .альных условиях при отсутствии повреждений. Этот недостаток не позволяет организовать процессы диагностики состояния изоляции.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений и повышение безопасности устройства при сохранении его низкой стоимости.

Цель уменьшения погрешности измерений в сетях, содержащих полупроводниковые выпрямители для питания нагрузки постоянного тока, достигается тем, что устройство-прототип снабжено второй группой вентилей, идентично имеющимся в прототипе, но включенных в противоположной полярности, и двухполюсным переключателем на три положения, неподвижные контакты которого соединены с общими точками групп выпрямителей и заземлите- лем (корпусом автономного объекта) в следующей последовательности: в положении 1 - с двумя общими точками; в положении 2-е анодами и заземлителем; в положении 3-е заземлителем и катодами, а к подвижным контактам которого подключен вход измерительного прибора постоянного тока.

Цель уменьшения погрешности измерений в сетях с небольшим количеством приемников электроэнергии, то есть при эксплуатационных изменениях структуры контролируемой сети, достигается путем введения в устройство блока изменения внутреннего сопротивления измерительного прибора (с двумя входами) и блока нормирования сопротивления изоляции (переключателя), причем один вход первого блока связан с подвижными контактами двухполюсного переключателя, второй вход - с выходом блока нормирования, а выход - с входом измерительного прибора постоянного тока.

Цель повышения безопасности измере- ; ний достигается путем применения высоко- омного измерительного прибора (вольтметра) взамен микроамперметра. ч На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. На схеме индексом 1 обозначена контролируемая сеть, включающая в себя фазы А, В, С, эквивалентное сопротивление нагрузки переменного тока ZH, полупроводниковые выпрямители В (силовые или маломощные, на схеме показан

один выпрямительный мост из вентилей V1-V6), эквивалентное сопротивление нагрузки постоянного тока RH и эквивалентные сопротивления изоляции фаз сети переменного тока га, ге, гс и полюсов цепей

0 постоянного тока RI и R2 (емкости относительно земли на схеме не показаны).

Устройство для измерения сопротивления изоляции содержит следующие конструктивные элементы; 2 - первая группа

5 вентилей (выпрямителей); 3 - вторая группа вентилей (выпрямителей); 4 - двухполюсный переключатель на три положения с не- подвижными контактами 5-10 и подвижными 11 и 12; 13 - заземлитель; 14 0 блок изменения внутреннего сопротивле- ния вольтметра; 15 - блок нормирования сопротивления изоляции; 16 - измерительный прибор постоянного тока с внутренним сопротивлением RB (вольтметр магнито5 электрической системы). Каждая из групп вентилей 2 и 3 содержит по 3 вентиля (соответственно числу проводов контролируемой сети), при этом в группе 2 вентили катодами подключены к линейным проводам, а аноды

0 соединены в общую точку; в группе 3 аноды вентилей подключены к линейным проводам, а катоды соединены в общую точку. К подвижным контактам 11 и 12 переключателя 4 подключен блок изменения внутренне5 го сопротивления вольтметра 14, вход которого соединен с блоком нормирования сопротивления изоляции 15, а выход - с измерительной частью вольтметра 16. Неподвижные контакты 5, 6 и 8, 10 переключа0 теля 4 связаны с общими точками группы 2 и группы 3 вентилей соответственно, а контакты 7 и 9 соединены с заземлителем 13 (корпусом автономного объекта).г

Работа устройства осуществляется сле5 дующим образом. В положении 1 переключателя 4 при заданном значении внутреннего сопротивления RB вольтметром 16 фиксируется среднее значение выпрямленного напряжения Ucp между общими точками

0 групп вентилей 2 и 3. Переключатель 4 переводится в положение 2, при этом вольтметр 16 при заданном RB подключается к анодам группы 2 вентилей и заземлителю и фиксирует среднее значение Uicp напряже5 ния «трех фаз относительно земли, выпрямленного в положительной полярности.в Затем переключатель 4 переводится в положение 3, в котором вольтметр 16 при том же значении внутреннего сопротивления RB «подключается к катодам группы 3 вентилей

и заземлителю и фиксирует среднее значение U2cp напряжения трех фаз относительно земли, выпрямленного в отрицательной полярности.

Искомое значение эквивалентного сопротивления изоляции сети рассчитывается по формуле:

R RB1

-QUicpl + lUacp Uicpl + IU2CPI

(1)

где RB - внутреннее сопротивление вольтметра; lUcpl, I Uicpl, IU2cpl -абсолютные значения измеренных напряжений,

Формула (1) выведена теоретически и подтверждена экспериментально на физической модели электроустановки с известными параметрами путей утечки на землю.

В процессе функционирования контролируемой сети может изменяться ее струк тура и, соответственно, значение сопротивления изоляции. Наибольшая точность измерений достигается при согласовании внутреннего сопротивления вольтметра RB с измеряемым сопротивлением изоляции. Поэтому в устройстве для измерения сопротивления изоляции блок 14 конструктивно представляет собой набор резисторов различных номиналов, а блок 15 - переключатель, изменяющий значение резисторов блока 14 при измерении текущего значения сопротивления изоляции сети. Переключателем управляет оператор.

Формула изобретения 1, Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока, содержащее измерительный прибор постоянного тока и группу выпрями-

10

15

20

25

30

35

телей по числу линейных проводов контролируемой сети, включенных в одинаковой полярности, имеющих общую точку, каждый из них соединен с линейным проводом сети, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при сохранении небольшой стоимости в сетях, содержащих полупроводниковые выпрямители для питания нагрузки постоянного тока, снабжено второй группой выпрямителей, идентичной первой, но включенной в противоположной полярности, и двухполюсным переключателем на три положения, неподвижные контакты которого соединены с общими точками групп и заземлителем в следующей последовательности: в положении 1 - с двумя общими точками, в положении 2-е анодами и заземлителем, в положении 3-е заземлителем и катодами, а к подвижным контактам которого подключен вход измерительного прибора постоянного тока.

4 2. Устройство по 1,отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений при эксплуатационных изменениях структуры контролируемой сети, в него введены блок изменения внутреннего сопротивления измерительного прибора, имеющий два входа, и блок нормирования сопротивления изоляции (переключатель), причем один вход первого блока соединен с подвижными контактами двухполюсного переключателя, другой вход - с выходом блока нормирования, а выход - с входом измерительного прибора постоянного тока. 3. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения безопасности измерений, измерительный прибор постоянного тока выполнен высокоомным.

-CU

Использование: в измерительной технике для измерения сопротивления изоляции однофазных или трехфазных сетей переменного тока, находящихся под рабочим напряжением, причем контролируемая сеть может содержать приемники электроэнергия постоянного тока, получающие питание от полупроводниковых выпрямителей. Сущность изобретения: уменьшение погрешности измерений сопротивления изоляции в сетях, содержащих полупроводниковые выпрямители, за счет учета результатов измерений напряжений фаз относительно земли в различных выпрямленных полярностях Кроме того, данное устройство обеспечивает повышение безопасности измерений за счет применения высокоомного вольтметра взамен низкоомного миллиамперметра 2 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л

u

If-ю5Г

-КИ «V

u

«tf1

H35

5

-43- 5

-c-j-

j 1

-As

г-СЗ-i

ч

ч

ч

Ч

ч ч ч

ч

ч

ч ч

-o

N

--4---14

.„J...

I I

н

---14

Г

Й- i «о

.

-#- I ISJ.J

-(Х ..

М