Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор , аналоговый ключ, индикатор , развязывающий блок, вычислитель , блок формирования-пауз, блок определения экстремума, причем вычислитель через аналоговый ключ соединен с индикатором, а входной зажим - с одним выводом конденсатора непосредственно и через развязывающий блок с входом блока определения экстремума, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременнйм повышении помехоустойчивости , в него дополнительно введены блок фиксации мгновенных значений , блок повышения помехоустойчивости , элемент задержки и два запоминающих элемента, а блок определения экстремума выполнен в виде блока сравнения предшествующего и последующего значений, причем первый выход генератора импульсов, соединен с вторым выводом конденсатора, выход блока определения экстремума соединен с входом блока повьвиения помехоустойчивости, выход же блока повышения помехоустойчивости соединен через элемент задержки с первым входом генератора импульсов, через первый запоминающий элемент - с управляемым входом аналогового ключа , через второй запс 1инающий элемент - с перВ1Я4 входом блока фиксации мгновенных значений, а через блок формирования пауз - с вторым входом генератора импульсов, вторым входом первого запоминающего-элемента и вторьвл входом блока фиксации мгновенных знач:ений, третий вход которого соединен с выходом разрязывающего блока, четвертый вход соединен с управляемым входом блока повьвиення помехоустойчивости и с вторым выходом генератора импульсов, который через опорный резистор соединен с землей, а первый и второй г выходы блока фиксации мгновенных значений соединены с соответствующнми входами вычислителя. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок фиксации мгновенных значений выполнен в виде двух каналов состоящих из последовательно соединенных анало гового ключа и запоминающего элемента каждый, причем первый вход блоэ ка фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей, второй вход - с входами стирания запоминающих эле4 ментов, третий вход является входом первого аналогового ключа, четвертый ход - входе второго аналового ключа, первый и втсфой выходы блока фиксации мгновенных значений . является выходами первого и второго находящихся в этом блоке запоминающих элементов соответственно. 3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся т««, что блок повышения помехоустойчивости выполнен яэ усилителя-ограничителя и логического элемента И, первый вход которого является первым входом, а выход - выходом всего блока повы

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

3(5И 0 0 1 В 2 7 1 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ц !ц "!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬППФ (21) 3245080/18-21 (25) 3250771/18-21 (22) 02.02.81 (46) 15,01.84. Бюл. Р 2 (72) Л.Н, Карпиловский и В.М. Машенков (53) 621.317. 333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство-:СССР

Р 426201, кл. G 01 R 27/00 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 664122, кл. G 01 R 27/18, (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования. пауз, блок определения экстремума, причем вычислитель через аналоговый ключ соединен с индикатором, а входной зажим — с одним выводом конденсатора непосредственно и через развязывающий блок с входом блока определения экстремума, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременнбм повышении помехоустойчивости, в него дополнительно введены блок фиксации мгновенных значений, блок повышения помехоустойчивости, элемент задержки и два запоминающих элемента, а блок определения экстремума выполнен в виде блока сравнения предйествующего и последующего значений, причем первый выход генератора импульсов соединен с вторым выводом конденсатора, выход блока определения экстремума соединен с входом блока повышения помехоустойчивости, выход же блока повышения помехоустойчивости соединен через элемент задержки с первым входом генератора импульсов, через первый запоминающий элемент - с управляемым входом аналогового ключа, через второй запоминающий элемент — с первым входом .блока фиксации мгновенных значений, а через блок формирования пауз — с вторым входом генератора импульсов, вторым входом первого запоминающего.элемен- та и вторым входом блока фиксации мгновенных значений, третий вход которого соедине с выходом развязывающего блока, четвертый вход соединен с управляемым входом блока повышения помехоустойчивости и с вторым выходом генератора импульсов, который через опорный резистор соединен с землей, а первый и второй Я выходы блока фиксации мгновенных значений соединены с соответствующими входами вычислителя.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок фиксации мгновенных значений выполнен в виде двух каналов; состоящих из последовательно соединенных анало гового ключа и запоминающего элемента каждый, причем первый вход блока фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей, второй вход — с входами стирания запоминающих элементов, третий вход является входом первого аналогового ключа, четвертый -вход — входом второго аналового ключа, первый и второй выходы блока фиксации мгновенных значений является выходами первого и второго находящихся в этом блоке запоминающих элементов соответственно.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок по-. выаения помехоустойчивости выполнен из усилителя-ограничителя и логического элемента И, первый вход которого является первым входом, а вых(щ - выходом всего блока повы-!

1067451

45 шения помехоустойчивости, второй вход логического элемента И соединен с выходом усилителя-ограничителя, вход которого является вторым входом блока повышения помехоустойчивости.

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, чтО блок определения экстремума содержит элемент временной задержки, элемент сравне-.

Изобретение относится к измере-. нию сопротивления изоляции элект-. рических сетей, в частности, элект" рических сетей постоянного тока и сетей, не находящихся под напряжением (обесточенных), Известно устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ и индикатор 513.

Однако это устройство имеет низкую точность и,помехоустойчивость, особенно в сетях, имеющих большие и неизвестные в каждый данный момент времени емкости относительно корпуса (земли). Это обусловлено тем, что генератор импульсов выдает импульсы одинаковой и фиксированной длительности, которая в общем случае не является оптимальной с точки зрения такого заряда емкостей сети, при котором ток в цепи измерительного сигнала носил бы чисто активный характер и был бы мерой величины активной составляющей импеданса изоляции, т.е, сопротивления изоляции. В связи с тем, что как величина емкости сети, так и величина сопротивления изоляции определяется номенклатурой и количеством подключенных к сети потребителей (и источников) энергии, а также условиями эксплуатации, то эти величины изменяются в широком диапазоне и подобрать для них оптимальный по длительности импульс не представляется возможным. Низкая помехоустойчияость обусловлена отсутствием мер по защите от присутствующих в сети постоянного тока пульсаций и переменных составляющих.

Известно также устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вы» числитель, блок формирования пауз, ния и пороговый элемент, причем вход блока определения экстремума является входом элемента временной задержки н первым входом элемента сравнения одновременно, выход кото рого через пороговый элемент соединен с выходом всего блока определе,ния экстремума, второй вход элемента сравнения соединен с выходом эле« мента временной задержки.

2 блок определения экстремума (блок определения момента перехода емкост ной составляющей тока измерительного сигнал.; через нуль). Это устройство представляет собой адаптивную систему, в которой вырабатывается измерительный импульс оптимальной длительности для существующих в данный момент времени величин емкости и сопротивления изоляции сети. Методическая погрешность измерения сопротивления изоляции из-за наличия емкости сети сведена к нулю, так как в момент достижения экстремума измерительного напряжения на импедансе изоляции емкостная составляющая тока измерительного сигнала равна нулю C23.

Недостатком устройства является необходимость обеспечения высокого быстродействия вычислителя из-sa необходимости проведения операций с быстроменяющимися значениями, что, как правило, связано с меньшей точностью вычислений из-за динамической погрешности и, как следствие, с понижением точности определения величины сопротивления изоляции. Кроме того, сравнительно низка помехозащищенность при наличии в сети постоянного тока пульсаций значительной величины, гармонических составляющих и помех.

Цель изобретения - повышение точности измерения при одновремеином повышении помехоустойчивости.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования пауз, блок определения экстремума, причем вычислитель через аналоговый ключ соединен с индикатором, а входной зажим — с одним выводом конденсатора непосредственно и через раэвязывающий блок с входом блока определения экстре10674 51,мума, дополнительно введены блок фиксации (запоминания) мгновенных значений, блок повышения помехо- . устойчивости, элемент задержки и два запоминающих элемента, а блок определения экстремума выполнен в виде блока сравнения предшествующес и последующего значений, причем ервый выход генератора импульсов соединен с вторым выводом конденсатора, выход блока определения экстремума соединен с входом блока повышения,.омехоустойчивости, выход же блока повышения помехоустойчивости соединен через элемент задержки с первым входом генератора импульсов, через первый запоминающий элемент — с управляемым входом аналогового ключа, через второй запоминающий элемент — с первым входом блока фиксации мгновенных значений, а через блок формирования пауз — с вторым входом генератора импульсов, вторым входом первого запоминающего элемента и вторым входом блока фиксации мгновенных значений, третий вход которого соединен с выходом развязывающего блока, четвертый вход соединен с управляемьм входом блока повышения помехоустойчивости и с вторым выходом генератора импульсов, который через опорный резистор соединен с землей, а первый и второй выходы блока фиксации мгновенных значений соединены с соответствующими входами вычислителя.

Блок фиксации мгновенных значений выполнен в виде двух каналов, состоящих из последовательно соединенных аналогового ключа и sanoминающего элемента каждый, причем первый вход блока фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей, второй вход - с входами стирания запо минающих элементов, третий вход является входом первого аналогового ключа, четвертый вход - входом вто.рого аналогового ключа, первый и второй выходы блока фиксации мгно. венных значений являются выходами первого и второго находящихся в этом блоке запоминающих элементов соответственно.

Блок повышения помехоустойчивости выполнен иэ усилителя-ограничи1 теля и логического элемента И (либо ключа), первый вход которого является первым входом, а выход.выходом всего блока повышения помехоустойчивости, второй вход логического элемента И соединен с выходом усилителя-ограничителя, вход которого является вторым входом блока повышения помехоустойчивости.

t0

25

Блок определения экстремума содержит элемент временной задержки,. элемент сравнения и пороговый элемент, причем вход блока определення экстремума является входом элемента временной задержки и первым входом элемента сравнения одновременно, выход которого через пороговый элемент соединен с выходом всего блока определения экстремума, второй вход элемента сравнения соединен с выходом элемента временной задержки.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор-1 импульсов, опорный резистор 2, конденсатор 3, аналоговый ключ 4, индикатор 5, развязывающий блок 6, блок 7 определения экстремума (блок определения момента перехода емкостной составляющей тока изме рительного сигнала через нуль), вычислитель 8, например блок деления, блок 9 формирования пауз, блок 10 фиксации мгновенных значений, блок 11 повышения помехоустойчивости, элемент .12 задержки, элементы 13 и 14 запоминания, входной зажим 15 и земляной зажим 16, при- чем первый выход генератора 1 импульсов соединен через конденсатор 3 с входным зажимом 15 и входом развязывающего блока 6, выход которого соединен с входом блока 7 определения экстремума и третьим вхо35 дом блока 10 фиксации мгновенных значений. Выход блока 7 определения экстремума через блок 11 повышения помехоустойчивости соединен с первым входом запоминающего элемента

13, который, например, может быть выполнен в виде статического триггера, с входом запоминающего элемента 14, который может быть выполнен, например, в виде одновибрато45 ра, с входами элемента 12 задержки и блока 9 формирования nays. Выход элемента 12 задержки соединен с первым входом генератора 1 импульсов, .а выход блока 9 формирования пауз соединен с вторыми входами генератора 1 импульсов, запоминающего элемента 13 и блока 10 фиксации мгновенных значений. Выход запоминающего элемента 13 соединен с управляемым входом аналогового ключа 4, а выход запоминающего элемента 14 соединен с первым входом бло ка 10 фиксации мгновенных значений.

Второй выход генератора 1 импульсов соединен с четвертым входом блока

60 10 фиксации мгновенных значений, с вторым входом блока 11 повышения помехоустойчивости и через опорный резистор 2 с земляным зажимом 16.

Первый и второй выходы блока 10 фиксации мгновенных значений соедине1067451 ны с соответствующими входами вычислителя 8, выход которого через аналоговый ключ 4 соединен с индикатором 5.

Блок 10 фиксации мгновенных значений может содержать аналоговые ключи 17 и 18 и запоминающие элементы 19 и 20. Первый вход блока 10 фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей 17 и 18. Информационный вход аналогового ключа 17 является третьим входом, а информационный вход аналогового ключа 18четвертым входом блока 10 фиксации мгновенных значений. Выход аналогового ключа 17 соединен с первым входом запоминающего элемента 19, а выход аналогового ключа 18 соединен с первым входом запоминающего элемента 20. Вторые входы (входы стирания) запоминающих элементов

19 и 20 соединены с вторым .входом блока 10 фиксации мгновенных значе- ий, а выходы запоминающих элемент ов 19 и 20 являются первым и втом выходами всего .блока 10 фикса ции мгновенных значений соответственно.

Блок 11 повышения помехоустойчивости может содержать усилительограничитель 21 и логический элемент И 22. Первый вход логического элемента И 22 является перъьм входом, а выход логического элемента

И 22 - выходом всего блока 11 повышения помехоустойчивости. Второй вход логического элемента И 22 через усилитель-ограничитель 21 соединен с вторым входом всего блока

11 повышения помехоустойчивости.

Блок 7 определения экстремума может быть выполнен из элемента 23 временной задержки, элемента 24 срав нения и порогового элемента 25 ° Вход блока 7 определения экстремума соединен с входом элемента 23 временной задержки и первым входом элемента 24 сравнения, выход которого через пороговый элемент 25 соединен с выходом всего блока 7 определения э%стремума. Второй вход элемента 24 сравнения соединен с выходом элемента 23 временной задержки.

Работа устройства происходит следующим образом.

При запуске генератора 1 импульсов (который может представлять собой последовательно соединенные источник напряжения постоянного тока ,и аналоговый ключ, (управляемый статическим триггером) на его выходах появляется единичный скачок измерительного напряжения, образующий передний фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал через опорный резистор 2 и конденсатор 3

1О

15 поступает в контролируемую сеть.

При этом след. ет отметить, что первоначальный запуск генератора 1 импульсов может осуществляться подачей на его второй вход через конденсатор напряжения питания всего устройства. Этот запуск общеизвестен и графически не показан.

Так как входное сопротивление развязывающего блока 6 обеспечивают очень высоким (много больше величины верхнего предела измерения сопротивления изоляции сети), также как и входное сопротивление на втором входе блока 11 повышения помехоустойчивости и на четвертом входе блока 10 фиксации мгновенных значений, то величина напряжения измерительного сигнала на входном зажиме 15 устройства определяется главным образом величиной импедан20 са изоляции сети — параллельным соединением сопротивления изоляции и емкости. сети, а на четвертом входе блока 10 фиксации мгновенных значений — величиной опорного резистора 2.

Так как развязывающий блок 6 предназначен только для передачи напряжения измерительного сигнала. на импедансе изоляции сети (скачка, приращения), то на его входе всегда находится разделительный конденсатор. Если же весь развязывающий блок 6 реализован только в виде конденсатора, тогда высокое

Ç5 входное сопротивление обеспечивают и на входе блока 7 определения экст, ремума, и на третьем входе блока 10 фиксации мгновенных значений.

Величины падения напряжения от измерительного сигнала на импедансе изоляции сети и на опорном резисторе 2 непрерывно (при наличии измерительного сигнала) поступают на третий и четвертый входы блока 10

45 фиксации мгновенных значений. Однако в связи с тем, что до получения сигнала о наступлении экстремума напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции (момента об0 ращения в нуль емкостной составляющей тока измерительного сигнала), аналоговые ключи 17 и 18 в блоке 10 фиксации мгновенных значений разомкнуты (также как и аналоговый ключ

4), то до этого момента эти значения измерительного напряжения не поступают на запоминающие .элементы

19 и 20.

Только в момент наступления экстремума падения напряжения от изме60 рительного сигнала на импедансе изоляции на выходе блока 7 определения экстремума появляется сигнал, который поступает на вход блока 11 повышения помехоустойчивости и про65 ходит на его выхОд благодаря присут10á 7451 ствию на втором входе этого блока 11 сигнала с опорного резистора 2, несущего информацию о подаче измерительного сигнала в контролируемую сеть °

В паузах между импульсами сигнал с выхода блока 7 определения экстремума пройти через блок 11 не может, так как отсутствует сигнал на втором входе блока 11 и на выходе логического элемента И 22 сигнал не появится. Все это повышает помехоустойчивость в паузах между измерительными сигналами.

Сигнал с выхода блока 11 повышения помехоустойчивости, повторяющий информацию о наступлении момента равенства нулю емкостной составляю. щей тока измерительного сигнала, поступает на вход запоминающегс: элемента 14, выполненного, например, в виде одновибратора. Одновибратор переходит в неустойчивое состояние и выдает сигнал на первый вход блока 10 фиксации мгновенных значений, что вызывает замыкание аналоговых ключей 17 и 18. Время пребывания одновибратора в неустойчивом состоянии выбирается таким, чтобы обеспечить замыкание аналоговых ключей

17 и 18 и запись на запоминающие устройства 19 и 20 мгновенных значений падений напряжений измерительНого сигнала на импедансе изоляции сети и опорном резисторе 2 в момент равенства нулю емкостной составляю цей тока измерительного сигнала. По истечении этого времени одновибратор возвращается в исходное состояние, и аналоговые ключи 17 и 18 размыкаются. Информация с выходом запоминающих элементов 19 и 20 блока 10 фиксации мгновенных значений поступает на соответствующие входы вычислителя 8, который может в этом случае быть выполнен более медленно действующим, а следовательно, более — точным, чем в прототипе. В вычислителе 8 выполняется операция нахождения отношения между падениями напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции сети — U и опорном резисторе 2

U сопротивление которого Ry заве-.

Ю домО известно. Поэтому на выходе вычислителя 8 получают величину

11 2

Q.y равную величине сопротивления (активной составляющей импеданса) изоляции. Так как сигнал с выхода блока 11 повышения помехоустойчивости одновременно с поступлением на вход запоминающего элемента 14 поступил и на вход запоминающего элемента

13, например. статического триггера, который управляет аналоговым ключом 4, то это вызвало и замыкание аналогового ключа 4. Поэтому сигнал с выхода вычислителя 8, соответствующий величине сопротивления изоляции сети, через аналоговый ключ 4 поступает на индикатор 5.

Сигнал с выхода блока 11 поступает также на вход блока 9 формиро" . эания пауз и через элемент 12 задержки на первый вход генератора

1 импульсов.

Элемент 12 задержки введен для того, чтобы обеспечить необходимое

15 для записи мгновенных значений напряжений измерительного сигнала время присутствия измерительного сигнала в измерительной цепи, таккак после появления сигнала на вы20 ходе элемента 12 задержки (и, следовательно, на первом входе генератора 1 импульсов) э генераторе, 1 импульсов формируется задний фронт измерительного сигнала.

По истечении априорно заданного времени (после поступления сигнала на вход блока 9 формирования пауз), выбираемого из условия ьозвращения цепи измерительного сигнала в исходное состояние, на выходе блока 9 формирования пауз появляется сигнал, который поступает на второй вход генератора 1 импульсов, вызывая формирование очередного единичного скачка измерительного напряжения. Начинается новый цикл измерения.

Одновременно с этим сигнал с выхода блока 9 формирования пауз поступает на второй вход блока 10

40 мгновенных значений, т.е. на входы стирания запоминающих элементов

19-20, и на второй вход (вход возврата в исходное состояние). запоминающего элемента 13. Это обеспе45 чиэает возвращение запоминающих элементов 19, 20 и 13 в исходное состояние (а также размьц<ание аналогового ключа 4) перед новым очередным циклом измерения.

Достижение поставленной цели с точки зрения повышения точности измерения обусловлено фиксацией (запоминанием) величины мгновенных значений падения напряжения измерительного сигнала на импедансе изоляции и опорном рез ..торе (резисторе 2), в момент обращения в нуль емкостной составляющей тока измерительного сигнала. Это дает возможность повысить точность опре60 деления, отношения интересующих величин, так как резко уменьшает динамические погрешности вычислителя (вычислителя 8).

1<роме того, нахождение зкстрему65 ма процесса путем сравнения его

1067451 предшествующего и последующего значений, разделенных Во времени на минимально возможную величину, при использовании быстродействующих компараторов (элементов сравнения) при прочих равных условиях значитель но слабее коррелировано со скоростью изменения процесса установления напряжения в переходном процессе, чем нахождение экстремума путем дифференцирования проЦесса. Это также способствует уменьшению инструментальной погрешности нахождения экстремума и, следовательно, повышению точности измерения.

Достижение поставленной цели с точки зрения повышения помехоустойчивости обусловлено тем, что благодаря компарированию двух величин (предшествующей и .последующей величин, сдвинутых на минимально допустимое время задержки), на каждую из которых накладывается помеха, действующая в измерительном тракте, 5 в какой«то степени происходит квазисинфазное подавление этой помехи, дающее в сетях с повышенным уровнем помех возможность более точно определять момент равенства нулю

10 емкостиой составляющей тока измерительного сигнала, чем при нахождении экстремума путем дифференцирования процесса. В паузах между измерительными сигналами вся анаf5 лизирующая часть устройства заблокирована (из-за блока 11 повышения помехоустойчивости), что исключает получение ложной информации.

1067451

ВНИИПК Заказ 11205/50 Тираж 715 Подписное

Филиал ППП. "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4