Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей Советский патент 1978 года по МПК G01R27/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 8 На фиг. 1.представлена блок-схема предлагаемого устройства с объектом измерения; на фиг. 2 - то же, вариант устройства. Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей содержит блок 1 сопряжения первый ключ 2, запоминающий блок первый делитель 4 напряжения, срав нивающий блок 5, второй делитель напряжения, второй ключ 7, регу. лкруемую нагрузку 8, индикатор 9, третий ключ 10, тактовый распределитель 11, переключатель 12 режимов, блок 13 управления и четвертый ключ 14, Блок 1 сопряжения состоит из ключей 15-17, управляемого сопротивления 18, блок 19 выпрямителей и источника 20 оперативного напряжения. Входные клеммы 21, 22 устройства через последовательно соединенные блок 1 сопряжения, первый ключ 2, за поминающий блок 3 и первый делитель 4 напряжения подключены к сравнивающему блоку 5, другой вход которого через второй делитель 6 и второй клю 7 подсоединен одновременно к блоку 1 сопряжения, к первому ключу 2 и регулируемой нагрузке 8, соединенной с индикатором 9, и через третий ключ 10 - с блоком 1 сопряжения. Тактовый распределитель 11 связан с первым ключом 2, вторым ключом 7, третьим ключом 10 и с блоком 1 сопряжения не посредственно, а через переключатель 12 режимов, с блоком 13 управления и сравнивающим блоком 5 - через четвертый ключ 14, Входная клемма 21 устройства, под соединенная к одному из полюсов сети постоянного тока, внутри блока 1 соп ряжения соединена с входом ключа 15, а клемма 22, подсоединенная к другому полюсу сети, внутри блока 1 сопря жения подключена к входу ключа 16. Выход ключа 15 соединен через последовательно включенный источник 20 опера:тивного напряжения с вторым входом ключа 17. Выход управляемого сопротивления 18 соединен со вторым входом второго ключа 7. Выход ключа 16 соединен с выходом ключа 15. Один из входов ключа 10, соединен ный с блоком 1 сопряжения, внутри эт го блока соединен с управляемым входом управления сопротивления 18. Входные клеммы 23,- 24 и 25 устройства, кторые подключены к фазам сети переменного тока, внутри блока 1 сопряжения соединены с входами блока 19 выпрямителей, выход последнего через ключ 17 соединен с общим выходом блока 1 сопряжения. Одна из клемм, например клемма 25, через ключ 15 и источник 20 оперативного напряжения подсоединена к ключу 17. 1 Входы блока 1 сопряжения, соединены спереключателем 12 режимов, внутри блока 1 сопряжения подсоединены к управляющим входам ключей 15-17. Устройство работает следуюашм образом. При измерении сопротивления изоляции сетей переменного тока без использования оперативного напряжения переключатель 12.режимов ставится в первое положение Е ( переменного тока ) и к фазам сети подключаются клеммы 23-25. Запускается тактовый распределитель 11, напряжение фаз сети поступает через блок 19 выпрямителей, ключи 17 и 2, находящиеся в первом положении, на запоминающий блок 3, а оттуда через первый делитель 4 напряжения - на вход сравнивающего блока 5. Ключ 14 в этот момент разомкнут, и сигнал с выхода сравнивающего блока 5 на блок 13 управления не поступает. Ключ 15 также разомкнут. В следую1чем такте работы тактового распределителя 11 ключ 2 переводится в положение, при котором от блока 19 выпрямителей отключается запоминающий блок 3 и подключается регулируемая нагрузка 8. Напряжение с выхода регулируемой нагрузки 8 через ключ 7, находящийся в первом положеНИИ, и второй делитель напряжения 6, коэффициент передачи которого в два раза больше, чем коэффициент передачи первого делителя 4 напряжения, поступает на второй вход сравнивающего. блока 5. При переводе ключа 2 в другое положение одновременно замыкается ключ 14, поэтому сигнал рассогласования с выхода сравнивающего блока Б через ключ 14 поступает на блок 13 управления, который через ключ 10, находящийся в первом положении, осуществляет регулирование величины сопротивления регулируемой нагрузки 8. В момент .равенства сигнала рассогласования на выходе сравнивающего блока 5 нулю либо уменьшения его до какой-то малой заранее заданной величины регулирования величины сопротивления регулируемой нагрузки 8 прЪкра- ; щается, информация о величине сопротивления регулируемой нагрузки 8 в этот момент поступает на индикатор 9 и -является оценкой величины сопротивления изоляции сетей переменного тока по отношению к корпусу. Перед измерением сопротивления изоляции сети переменного тока с помощью оперативного напряжения переключатель 12 режимов переводится во второе положение (Сеть переменного тока ), при этому напряжение с одного выхода источника 20 оперативного напряжения через ключ 15 и клемму 25 поступает в сеть, а напряжение с другого выхода источника 20 оперативного напряжения через ключ 17 и ключ 2 поступает на вход запоминающего блока 3. В этот момент ключ 16 разомкнут. В следующем такте работы тактового распределителя 11 ключ 2 переводится в другое положение, подключая регулируемую нагрузку 8 к блоку 1 со пряжения. Ключ 7 остается в первом положении, соединяя выход нагрузки 8 с входом делителя 6. Ключ 14 за мыкас тся. Сигнал рассогласования с выхода сравнивающего блока 5 через ключ 14 поступает на блок 13 управления, который через ключ 10 регулирует величину сопротивления регулируемой нагрузки 8 (как и в предыдущем случае) . В момент равенства сигнала рассогласования на выходе сравнивающего блока 5 нулю либо уменьшения его до какой-то малой заранее за данной величины регулирование нагруз ки 8 прекращается, информация о ее величине в этот момент поступает на индикатор 9, являясь оценкой сопротивления изоляции сетей переменного тока относительно корпуса. При измерении сопротивления изоля ции сети постоянного тока с помощью источника 20 оперативноЪо напряжения переключатель 12 режимов ставится в соответствующее положение (Сеть постоянного тока ), а клемма 21 (ил клемма 22) подключается к одному из полюсов сети постоянного тока. Ключ 15 (16) при подключении к по люсу клеммы 22 переводится в первое положение, подсоединяя один из выходов источника 20 оперативного напряжения к соответствующему полюсу сети постоянного тока. Ключ 17 устанавливается во второе положение, подсоеди няя другой выход источника 20 оперативного напряжения к входу ключа 2. Последний устанавливается в первое положение, подсоединяя вход запоминающего блока 3 (через ключ 17) к со ответствующему выходу источника 20 оперативного напряжения. На запоминающем блоке 3 запоминается величина напряжения на выходе эквивалентного генератора (по отношению к земле) в режиме холостого хода. В следующем такте работы тактовог распределителя 11 ключ 2 переводится в другое положение, отключая от блок 1 сопряжения запоминающий блок 3 и подключая к нему регулируемую нагруз ку 8. Ключ 7 находится все время в первом положении, подключая делитель 6 к регулируемой нагрузке В. Ключ 4 замыкается. Дальнейшая работа аналогична работе при измерении сетей переменного тока. Сигнал рассогласования с выхода сравнивающего блока 5 через ключ 14 поступает на блок 13 управления, который через ключ 10, находящийся в первом положении, осуществляет регу16лирование нагрузки 8. В момент равенства нулю сигнала на выходе сравнивающего блока 5 либо уменьшения его до какой-то заранее з данной величины регулирование нагрузки 8 прекращается. Ключ 14 замыкается. Дальнейшая работа аналогична работе при измерении сетей переменного тока. Сигнал рассогласования с выхода сравнивающего блока 5 через ключ 14 поступает на блок 13 угфавления, который через ключ 10, находящийся в первом положении, осуществляет регулирование нагрузки 8. в момент равенства нулю сигнала на выходе сравнивающего блока 5 либо уменьшения его до какой-то заранее заданной величины регулирование сопротивления нагрузки 8 прекращается, и информация о ее величине в данный момент поступает на индикатор 9 в качестве оценки величины сопротивления изоляции сети постоянного тока. Для повышения надежности измерений сигнал от оперативного источника 20 может вводиться в с.еть постоянного тока либо через клемму 21, либо через клемму 22, т.е. для случая однородных напряжений оперативного источника и электрической сети в одном случае напряжение на выходе эквивалентного генератора равно сумме напряжений сети и источника, а в другом - их разность, езультат измерения должен быть один и тот же. При измерении сопротивления обесточенных сетей последовательность действий аналогична предыдущей. При осуществлении автоматического контроля состояния изоляции сети путем сравнения с какой-либо заданной уставкой переключатель 12 режимов ставится в положение для контроля. Управляемое сопротивление 18 через ключ 10 с помощью блока 13 управления выставляется на заданную величину. Ключ 7 переводится з другое положение, осуществляя подключение выхода управляемого сопротивления 18 к делителю 6 напряжения. Запускается тактовый распределитель 11. В первом такте работы тактового распределителя 11 один из выходов источника 20 оперативного напряжения подключен через ключ 15 (в зависимости от его положейия) к сети переменного или постоянного тока, подвергающейся в данный момент контролю, а другой выход источника 20 оперативного напряжения через ключ 17 и ключ 2 подключен к запоминающему блоку 3. В следующем такте работы тактового распределителя 11 ключи 2 и 7 и управляемое сопротивление 18 подключены через ключ 2 к выходу блока 1 сопряжения, а следовательно и к выходу эквивалентного генератора, а через кпюЧ 7 - к входу второго делителя 6 напряжения. На выходе сравнивающего блока 5 появляется сигнал рассогласования, полярность которого и дает информацию о соотношении величин сопротивления изоляции контролируемой сети и сопротивления 18 (величиной уставки) . Для сведения погрешности измерения от шунтирования сопротивления регулируемой нагрузки 8 двигателем 6 на пряжения к пренебрежимо малой величине сопротивление верхнего плеча (входное сопротивление) делителя 6 и соответственно сопротивление верхнего плеча (входное сопротивление) делителя 4 выбираются много больше (на полтора - два порядка выше) практически максимально возможного сопротивления изоляции сети. Подключение запоминающего блока 3 к выходу эквивалентного генератора практически не препятствует осуществлению режима холостого хода/ так как осуществляется таким образом, что не нагружает эквивалентной генератор благодаря большому входному сопротивлению запоминающего блока 3. Устройство для автоматического контроля сопротивления изоляции сетей переменного тока (фиг.2) состоит из чувствительного элемента 26 (нуль-органа) , цифрового моста 27, образованного постоянными резисторами 28 и 29 резистором 30 и цифроуправляемой проводимостью 31, источника 32 оперативного напряжения постоянного тока, элементов 33 коммутации, схемы 34 пре образования сигналов, схемы .35 управления установками и сихнализацией, схемы 36 задания уставок, элемента 37 сигнализации, переключателя 38 режимов, счетного регистра 39 и цифрового индикатора 40. Резистор 30 изоляции образует одно из плеч цифрового моста 27, а другое плечо моста составляет цифроуправляемая проводимость 31. Двумя другими плечами цифрового моста являются постоянные резисторы 28 и 29. Источник 32 оперативного напряжения постоянного тока включен в диагональ моста между общими точками резисторов. Чувствительный элемент 26 (нульорган) включен в другую диагональ мос та -между общими точками резисторов 28, 30 и 29. Нуль-орган 26 управляет схемой 34 преобразования сигнала, выходной сигнал которой поступает через переключатель 38 режимов на один из входов счетного регистра 39 или на вход схемы 35 управления установками и сигнализацией. С выхода схемы 35 сигнал идет на элемент 37 сигнализации и. на вход схемы 36 задания уставок, с выхода последней сигнал идет на другой вход счетного регистра 39, который управляет цифровым индикатором 40 и через элементы коммутации цифроуправляемой проводимостью 31 цифрового моста 27. Работа устройства происходит следующим образом: В режиме измерения (переключатель 38 режимов находитс я в нижнем положении) цифровой мост 27 работает в режиме автоматического уравновешивания. Сигнал разбаланса цифрового моста с нуль-органа 26 поступает на схему 34 пре6бразова ния сигнала, анализирующую поступающие сигналы и в зависимости от знака разбаланса цифрового моста, формирующего тактовые импульсы для управления счетным регистром 39, который изменяет свое состояние и через элементы коммутации 33 управляет цифровым плечом моста до тех пор, пока цифровой мост не уравновесится. Цифровой индикатор 40 регистрирует состояние счетного регистра и выдает цифровую информацию о величине сопротивления изоляции контролируемой сети; В режиме контроля (переключатель 38 режимов находится в верхнем положении) цифровой мост 27 работает в режиме разбаланса. Счетный регистр 39 находится в состоянии, соответствующем предупредительной уставке срабатывания сигнализации. В цифровом плече цифрового моста включена проводимость с суммарным весом, соответствующим предупредительной уставке срабатывания сигнализации. Сигнал разбаласа цифрового моста поступает в нуль-органа 26 на схему 34 преобразования сигнала, которая анализирует поступающие сигналы, формирует тактовые импульсы управления в зависимости от знака разбаланса цифрового моста. Эти импульсы поступают на схему 35 управления установками, и сигнализацией. С выхода этой схемы поступают сигналы управления с частотой тактовых импульсов. При сопротивлении изоляции больше уставки срабатывания сигнализации с схемы 35 с каждым тактом поступают сигна;71Ы, удерживающие счетный регистр 39 через схему 36 задания уставок в первоначальном состоянии, а элемент 37 сигнализации - в отключенном состоянии. При снижении сопротивления изоляции до уставки срабатывания сигнализации схема 35 выдает сигнал пониженной изоляции, поступающий на элемент 37 сигнализации для включения сигнала Низкая изоляция и на схему 36 и счетный регистр 39 - для переключения уставки. Счетный регистр 39 изменяет свое состояние, на состояние соответствующее аварийной установке сигнализации, а в цифровом плече цифрового моста через элементы 33 коммутации включается проводимость с 9 суммарным весом, соответствующим ава рийной установке. При новом разбалансе цифрового моста сопротивление изоляции оказыва ется больше новой (аварийной) уставки. Со схемы 35 поступает сигнал в элемент,Сигнализации на отключение сигнала низкая изоляция и в счет ный регистр 39 - на переключение уставки. Отключается сигнализация и включается предупредительная уставка . При сопротивлении, изоляции контролируемой сети, находящихся в пределах меньше предупредительной, но больше аварийной уставок, счетный регистр 39 и цифровое плечо моста с кгикдым тактом изменяют своё состояние с сос тояния, соответствующего предупредительной уставке, на состояние, соответствующее аварийной уставке, и наоборот, при этом сигнализация имеет прерывистый характер (предупредитель ная сигнализация). При снижении сопротивления изоляции до аварийной уставки со схемы 35 с каждым тактомпоступают сигналы по ниженной изоляции, которые устанавли вают счетный регистр 39 в состояние соответствующее аварийной уставке,и через элемент сигнализации37 вклю чают аварийную сигнализацию (характе сигнала непрерывный). Введение схемы преобразования сиг нала, схемы управления уставками и сигнализацией, счетного регистра, эл ментов коммутации и цифрового измери тельного моста постоянного тока, а также использование одних и тех же узлов и цепей как в режиме контроля, так и в режиме измерения выгодно отличает устройство от указанного прототипа, так как повьлшает точность контроля и измерения, обеспечивает . дистанционную выдачу цифровой информации о состоянии изоляции, обеспечивает контроль сетей на двух видах Г 1 уставки, что увеличивает сферу применения устройства и способствует автоматизации процессов контроля. Формула изобретения Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее сравнивающий блок, регулируемую нагрузку, переключатель режимов и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и автоматизации устройства без снижения точности измерения, оно снабжено блоком сопряжения, запоминающим блоком, двумя делителями напряжения, блоком управления тактовым распределителем и четырьмя ключами, причем входные зажимл устройства через последовательно соединенные блок сопряжения, первый ключ, запоминающий блок и первый делитель подключены к сравнивающему блоку, другой вход которого подключен ко второму делителю, выход через четвертый ключ, блок управления и третий ключ - к блоку сопряжения, индикатору и первому входу регулируемой нагрузки, второй вход которой связан с другим выходом первого ключа, и через второй ключ - к второму делителю, а переключатель режимов через тактовый распределитель режимов соединен с первым, вторым, третьим и четвертым ключами, блоком сопряжения и непосредственно с третьим ключом, а также с двумя входами блока сопряжения, соединенного с вторым входом второго ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Е.Ф. Цапенко. Контроль изоляции в сетях до 1000 В, М., Энергия, 1972, с. 57-81. 2.В.Г. Самойлов. Автоматизация судовых электроэнергетических установок, Л., Судостроения, 1972, с. 162. 1 I w / I