Устройство для измерения сопротивления изоляции в сетях с глухозаземленной нейтралью Советский патент 1981 года по МПК G01R27/16 H02H3/16 

Изобретение относится к контролю изолядаи и может быть испопьзовано для периодического измерения сопротивления изоляции в сетях с глухозаземленной нейтралью. Известно устройство для измерения сопротивления изоляции в сетях с глухозаземленной нейтралью, содержащее источник переменного напряжения (генератор напряжения) , заземлитель, основной и дополнительные индикаторы с исполнительными элементами, трансформаторы тока, блок коммутации и трансформатор напряжения. Это устройство позволяет измерять сопротивление изоляции сети без отключения однофазных нагрузок, но для этого требуется отсутствие связи нулевого пр вода с землей на всем ее протяжении 1. Однако вследствие связи с землей корпусов зануленного оборудования и наличия повторных заземлений нулевого провода это тре бование в большинстве практических случаев невыполнимо. Кроме того, сигнал, получаемый при помощи трансформаторов тока, соответствует току, пропорциональному полной проводимости изоляции фаз участков сети. Для выделения из него составляющей пропорциональной активной проводимости изоляции должны использоваться спещ1альные приборы. Недостатком этого устройства является также необходимость наличия блока коммутации для шунтирования вторичной обмотки трансформатора з-зпряжен-гш гфи однофазных коротких размыканиях. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения сопротивления изоляции в сетях с глухозаземленной нейтралью, содержащее выключатель, источник постоянного напряжения, переключатель режимов измерения, блок регистрации (вольтметр), добавочную емкость и линию задержки C2J. Недостаток устройства заключается в том, что с помощью него невозможно измерять сопрютивление изоляции участков сети, без от-. ключения однофазных нагрузок. , Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повьш1ение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения сопротивления изоляции в ретях с глухозаземленной нейтралью, содержащее выключатель, источник постоянного напряжения, переключатель режимов измерения и блок регистрации, введены дроссель насыщения, переменный эталонный резистор и источник переменного напряжения, причем иер. вая обмотка управления дросселя насыщения : одним вьгоодом подключена к источнику постоянного напряжения, другим - к подвижному контакту переключатетш режимов измерения, неподви сные контакты которого соединены с фазами контролируемого участка сети и через амперметр с пёремеш1ым эталонным резистором, другая обмотка управления включена последовательно с нулевым проводом, обмотка переменного тока включена последова тельно с блоком регистрации и источником переменного тока, другой вывод переменного эталонного резистора соединен с источником постоянного напряжения, а конденсатор подключен параллельно блоку регистрации. На фиг, 1 изображена функциональная схем устройства; }и фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика контура, образованного обмоткой переменного тока дросселя насыщения и конденсатором. Устройство содержит выключатель 1, контролируемый участок сети 2, и дроссель 3 насыщения, управляющие обмотки 4 и 5, обмот ка 6 переменного тока и обмотка 7 подмагничивания, источник 8 тока подмагничивания, ИСТОЧНИК 9 постоянного напряжения, переклю чатель 10 режимов измерения, амперметр И, переменный эталонный резистор 12, блок регистрации 13, конденсатор 14, источник 15 пе ременного напряжения. Между одной из фаз контролируемого участка сети 2 и нулевым проводом, подключена одаофазная нагрузка 16 Измерение сопротивления изоляции и работа устройства осуществляется следующим образом Отключают вьпслючатель 1 контролируемый участок сети 2, а затем подключают переключателем 10 режимов измерения источник 9 постоянного напряжения к фазам контролируемого участка сети 2. При этом составляющая тока источника 9 постоянного напряже1шя, протекающая через однофазную нагрузку 16 не создает магнитный поток в сердешике дросселя 3 насьпцения, гак как протекает через одинаковые встречно включенные обмотки 4 и 5 дросселя 3 насыщения, а составляющая тока, протекающая через сопротивление изоляции контролируемого участка сети 2, со дает напряженность магнитного поля пропорциональную этому току. С помощью ИСТОЧ1Шка 8 тока подмагничивания предварительно со Дается напряженность магнитного поля, обеспе41Гоающая работу на нелинейном участке кривой иамагш{чивания сердечника дросселя 3 насыщения. Ток, протекающий ерез сопротивление изоляции сети, вызьшает изменение напряженности магнитного поля в сердечнике. Вследстене нелинейности кривой нaмaг mчивaш я сердечника, это приводит к изменению индуктивности обмотки переменного тока дросселя 3 иасыще шя. Так как к этой обмотке подключен ИСТОЧ1ШК 15 переменного напряжения постоявшей амшштудь5, то изменение индуктивности обмотки 6 приводит к измене1гаю тока, протекающего в этой цепи. Однако получить однозначное соответствие между током, протесающим через сопропшлегдае изоляции контролируемого участка сети 2 и током в обмотке б перемешюго тока дросселя 3 1гасыщения при применении сердечников из феррита или не удается, вследствие сильной зависимости кривых намагни швания этих материалов ОТ TCNmepaTypbi. Применение же ферритовых и пермалоевых сердечников обусловлено тем, что они обладают наиболее вьюокой чувствительностью к току подмагничивания. Поэтому измерение сопротивления изоляции производят методом замещошя. Для этого с помощью блока регистрации 13 фиксируют ток, протекающий в цепи обмотки 6 переменного 1ока дросселя 3 насыщения, а затем переклюадтепем 10 ремшмов измерения источник 9 постоянного напряже1шя подключают к переменному эталонному резистору 12, введенному предварительно в положение соответствующее максимальному значению этого сопротивления. Уменьидая велиш ну сопротивления, добивается такого же значения тока в обмотке 6 дросселя 3 насыщения как и при подключении источ}шка 9 постоянного напряжения к фазам сети. При этом величина эталоштого сопротивлеш1я равна cyм лapнoмy сопротивлению изолядаи фаз контролируемого участка сети 2. При калиброванном напряжении источника 9 постоянного напряжения амперметр 11 может быть проград}ирован в килоомах, если же напряжение этого источника не калибровано, то велищна эталонного сопротивления может быть измерена килоомметром, либо в качестве эталонного сопротивления может быть использован мост conpOTiffineiQffl. Перед каждым измерением необходимо размагничивать сердечник дросселя 3 насьпдения. Для повышения точности измерения сопротивления изоляции паршшельно блоку регистрацни 13 под1слючен конденсатор 14. Колебательный контур, образованный этим конденсатором и обмоткой 6 переменного тока дросселя 3. насыщения настроен на более высокую частоту f01, чем частота fis источника 15 переменного напряжения таким оьразом, что частота этого источника находится в области спада амплитудно-частотной характеристики контура. Это поясняется фиг. 2 (сплоишая кривая). При появлении поля подмагнйчивания сердечника дросселя 3 насыщения пропорциональной составляющей тока, протекающего через сопротивление изоляции сети, уменьщается индуктивность обмотки 6 переменного тока дросселя 3 насыщения и резонансная частота контура смещается в область более высоких частот (fм на фиг. 2, а соответствующая амплитудно-частотная характеристика контура изображена пунктиром). При высокой добротности контура малому изменению резонансной частоты кон- is тура соответствует значительное изменение амплитуды напряжения на реактивных элементах контура AV | Vj - Vj J , которое фиксируется блоком регистрации 13, подключенным параллельно конденсатору 14 и представляющим собой в этом случае вольтметр с высоким входным сопротивлением. -Если однофазнь1е нагрузки имеют индуктивный характер (обмотки трансформаторов, катуиюк контактов, реле и т.д.), то для ограничения тока, протекающего в этих цепях при измерении и уменьшения мощности источником постоянного напряжения, этот источник должен формировать импульсное напряжение. В этом случае блок регистрации 13 необходимо снабдить схемой запоминания изменения амплитуды напряжения колебаний на конденсаторе 14 для фиксации этого изменения воль метром. При измерении изоляции отдельных участков сети дроссели насыщения могут быть постоянно включены в рассечки нулевого провода соответствующих участков. Остальные же элементы устройства вьшолняются в виде переносного прибора, подключаемого во время Измерения с помощью разъема к обмоткам дросселя насыщения к фазам контролируемого участка сети. Использование ферритовых и пармалоевых сердечников дросселя насьпцения с замкнутымя магнитопроводами при небольшом количестве витков управляющих обмоток позволяет обеспечить надежное автоматическое отключение участков сети при однофазных коротких замыканиях, так как такие сердечники при то ке выще нескольких ампер, протекающем чере управляющую обмотку, работают в режиме насыщения. При этом полное сопротивление управляющей обмотки, включенной в рассечку нулевого провода, практически равно ее актив ному сопротивлению, которое при небольщом количестве витков управляющей обмотки невелико и поэтому; незначительно влияет на полное сопротивление петли фаз-нуль. Значительное снижение влияния сопротивления управляющей обмотки дросселя насыщения на автоматическое отключение при однофазных коротких замыканиях может быть достигнуто также путем соединения одинаковых встречно включенных управляющих обмоток параллельно во дремя между измере1шями.

Таким образом, устройство позволяет измерять суммарное активное сопротивление изоляции участков сети без отключения однофазных нагрузок. Это снижает вероятность возникновения аварийных режимов, так как появляется возможность их прогнозирования, и повыщает безопасность эксплуатапли электрических установок и мащин, в которых на фазное напряжение включена аппаратура управления и коммутации, цепи местного освещения и обогрев, и т.д. (например, электрических подъемно-транспортных маишн: кранов, подъемников, лифтов, транспортеров). При таком измерении может оыть выявлено снижение сопротивления изоляпии в любой цепи электрических Установок и машин, включая и электрооборудование, которое включено на фазное напряжение. Для нормальной работы устройства требуется отсутствие связи нулевого провода с землей только на контролируемом участке сети. Проведенные испытания показали, что относительная ошибка измерения сопротивле1шя изоляции, определяемая методом измерения, может составлять при этом не более 3%. Результирующая же ошибка измерения сопротивления изоляции зависит от точности изменения величины эталонного сопротивления. Удовлетворительная точность измерения мо- жет быть обеспечена даже в том случае, если нулевой провод имеет связь с землей в зоне контроля, при условии, что переходное сопротивление между этим проводом и землей намного больще его собственного сопротивлейия на контролируемом участке сети, а ток, протекаюикй через однофазные нагрузки во время измерения, невелик. При этом шунтирующее действие проводимости земли будет сказываться незначительно на точность измерения. Формула изобретения Устройство для измерения сопротивления изоляции в сетях с глухозаземленной нейтралью, содержащее выключатель, источник постоянного напряжения, переключатель режимов измерения и блок регистрации, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него введены дроссель насыщения, переменный эталонный резистор и источник переменного напряжения, причем первая обмотка управления дросселя насыщена одним вьгаодом подключена к источнику постоянного напряже1шя, црзтим - к подвижному контакту переключателя режимов измерения, неподвижные контакты которого соединены с фазами контролируемого участка сети и через амперметр с переменным эталонным резистором, другая обмотка управления включена последовательно с нулевым проводом, обмотка переменного тока включена последовательно с блоком регистращш и источником переменного тока, другой вьшод переменного эталонного резистора соединен с источником постоянного напряжения.

а конденсатор подключен параллельно блоку регистрации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N 659992, кл. G 01 R 27/18, 22.07.77.

2.Петри П. О., Жихарский В.В., Никифоров С. П. Импульсный метод контроля изоляции в сетях с заземленной нейтралью. Труды Московского энергетического института, вьш. 232. М., 1975, с. 64-68 (прототип).