Устройство для измерения сопротивления изоляции сети постоянного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее генератор импульсов , опорный резистор, разделительный конденсатор, блок фиксации уровня, блок деления, программный блок, причем один выход программного блока соединен спервым входом генератора импульсов, разделительный конденсатор соединен с первым входным зажимом, другой выход программного блока через блок фиксации уровня соединен с первым входом блока деления, выводы опорного резистора соединены С информационными входами блока фиксации уровня, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок определения емкости сети, вход которого соединен с первым входным зажик ом, выход блока определения емкости соединен с вторым s входом блока деления, второй вход генератора импульсов соединен с первым вьтодом опорного резистора, второй вывод которого соединен с земляной клеммой, a выход генератора импульсов соединен с второй обкладкой разделительного конденсатора. Upaf. Сеть сх QD &0 х

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5g . G 01 R 27/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Рее Селга

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3571292/18-21 (22) 30.03.83 (46) 15.10.84. Бюл. Ф 38 (72) А.А. Иванов, В.Н. Брызгало, В.N. Иашенков и К.В. Петров (71) Витебский завод злектроизмерительных приборов им. 60-летия Великого Октября и Всесоюзный научноисследовательский институт электроизмерительных приборов (53) 621.327.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР юг 664122, кл. G 01 R 27/18, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 761939, кл. G 01 R 27/18, 1979 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ ПОСТОЯН-:

НОГО ТОКА, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, разделительный конденсатор, блок фиксации уровня, блок деления, программный,SU„, 11 939 А блок, причем один выход программного блока соединен с первым вхрдом генератора импульсов, разделительный конденсатор соединен с первым входным зажимом, другой выход программного блока через блок фиксации уровня соединен с первым входом блока деления, выводы опорного резистора соединены .с информационными входами блока фиксации уровня, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок определения емкости сети, вход которого соединен с пер- вым входным зажимом, выход блока определения емкости соединен с вторым Q входом блока деления, второй вход генератора импульсов соединен с первым выводом опорного резистора, вто". рой вывод которого соединен с земляной клеммой, а выход генератора импульсов соединен с второй обкладкой разделительного конденсатора.

111893

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в телеметрических системах измерения сопротивления изоляции на энергетических объектах различного назначения для измерения активной и емкостной составляющих комплексного сопротивления высокоимпедансных RC-цепей, находящихся под постоянным напряжением или обесточен- 10 ных °

Известно устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, которое содержит последовательно соединенные генератор импуль-15 сов, опорный резистор и конденсатор, соединенный своим вторым выводом с входной клеммой устройства и через развязывающий блок с входом блока определения экстремума и первым входом вычислительного блока, второй и третий входы которого подключены к соответствующим выводам опорного резистора, а четвертый вход — к выходу блока определения экстремума, входу блока формирования пауз и первому входу генератора импульсов, второй вход которого подключен к выходу блока формирования пауз, причем первый и второй выходы вычисли30 теля через аналоговый ключ соединены с индикатором.

Принцип измерения заключается в следующем. На контролируемую сеть от генератора импульсов через образцовый резистор и конденсатор воздействуют перепадом тестового. напряжения.

При этом на импедансе изоляции формируется апериодический импульс, имеющий крутой передний фронт нарастания, экстремум и пологий задний фронт спада напряжения, а на опорном резисторе выделяется затухающее напряжение, пропорциональное полному току, потребляемому импедансом .изоляции от тестового генератора. В момент экстремума напряжения на импедансе изоляции емкостная составляющая полного тока равна нулю. Отсюда отношение амплитудного значения напряжения этого экстремума к величине тока, потребляемого импедансом изоляции в этот момент времени, пропорционально контролируемому сопротивлению изоляции и не зависит от емкости сети (1 j. 55

Недостатком устройства является сложность аппаратурной реализации уравнения преобразования и большая погрешность измерения, связанная с необходимостью точной фиксации момента измерения на пологой вершине информационного сигнала, когда диапазон и скорость изменения напряжения знаменателя уравнения преобразования велики. Чтобы повысить точность измерения, можно увеличить емкость конденсатора, но при этом уменьшатся быстродействие измерения и значительно увеличатся габариты устройства и снизится его надежность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока, которое содержит генератор импульсов, опорный резистор, разделительный конденсатор, блок фиксации уровня, блок деления, программный блок, причем один выход программного блока соединен с первым входом генератора импульсов„ разделительный конденсатор соединен с первым входным зажимом, другой выход программного блока через блок фиксации уровня соединен с первым входом блока деления, выводы опорного резистора соединены с информационными входами блока фиксации уровня.

Принцип измерения заключается в следующем. Если емкость сети много меньше емкости разделительного конденсатора и сопротивления изоляции сети много больше сопротивления образцового резистора, то сопротивление изоляции в первом приближении обратно пропорционально напряжению, выделенному на опорном резисторе и измеренному в момент времени, как минимум на порядок больший постоянной времени переходного процесса в

RC-цепи подключения импульсного генератора к контролируемой сети (2 .

Недостатком устройства является низкая точность измерения, вследствие влияния на уравнение преобразования величины емкости сети, особенно при больших ее значениях, а также допущений, принятых при выводе уравнения преобразования.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения сопротивления изоляции сети постоянного тока, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, разделительный конденсатор, блок фиксации

1118939

Ео 1

СВ (p

Е Р+ К С . (р-х)(р-х,) (2) 3 уровня, блок деления, программный блок, причем один выход программного блока соединен с первым входом генератора импульсов, разделительный конденсатор соединен с первым входным зажимом, другой выход программного блока через блок фиксации уровнй соединен с первым входом блока деления, выводы опорного резистора соединены с информационными входами 1О блока фиксации уровня, введен блок определения емкости сети, вход которого соединен с первым входным зажимом, выход блока определения емкости соединен с вторым входом 15 блока деления, второй вход генератора импульсов соединен с первым выводом опорного резистора, второй вывод которого соединен.с земляной клеммой, а выход генератора импульсов Zp соединен с второй обкладкой разделительного конденсатора.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, опорный резистор 2, разделительный конденсатор 3, измеряемое сопротивление 4 изоляции, емкость 5 сети, блок 6 фиксации уровня, блок 7 деления, программный блок 8 и блок 9 определения емкости сети.

Выход генератора 1 импульсов через разделительный конденсатор 3 соединен с первым входным зажимом и входом блока 9 определения. Первый выход программного блока 9 соединен с первым входом генератора 1 импульсов, а второй выход программного блока 8 через блок 6 фиксации уровня соединен с первым входом блока 7 деления. Выводы опорного резистора 2 соединены со вторым входом генератора

1 импульсов и земляной клеммой соответственно, а так же с информационными входами блока 6 фиксации уровня.

Устройство работает следующим образом.

Перепад тестового напряжения с выхода генератора 1 амплитудой Е воздействует на контролируемую сеть и формирует на импедансе изойяции апериодический импульсный сигнал И (й), а в основной измерительной ветви схемы — затухающий информационный сигнал Uz(t). Математические выражения этих сигналов в оперативной форме имеют вид:

X- 45, 2 3 5 и С +а(С+С + где 2 2RCRC

+ 5 — корни характеристического уравнения

К вЂ” сопротивление 4 изоляции;

С вЂ” емкость 5 сети;

R — сопротивление опорного @ резистора 2;

С вЂ” емкость разделительного з конденсатора 3.

Во временной форме зти выражения имеют вид 45

5 (8) х )7. Х1

2Ф

Из анализа выражения {5) видно, что напряжение на опорном резисторе

2 представляет собой сумму двух затухающих экспонент: быструю с постоян- 55 ной времени t, = 1/Х и начальной амплитудой Е о и медленную с постоянной времени t = 1P и амплитудой

2 3

X,- -X

Прн этом tz с.„= = Й2сз > пре2 inca@ дел постоянной времени t, при С =

R+C> co

-Если теперь выбрать момент измерения напряжения на опорном резисторе 2 мэми 10 а Cç (6) т.е. через промежуток времени, достаточный для завершения переходного процесса быстрой экспоненты выражения (5), при любой емкости 5 сети, выражение (5) упростится х + — „ — о<т ) - к — — e " ". (7) иС ХT о 0 х

С учетом допущений С,ъ С и R4» g, а также с учетом (6), справедливо соотношение

1118939

S и выражение (7) можно записать

1 х,+д с

U (Т

1 2 . 2 4 5 4

Из выражения (9), видно, что уран- 1 нение преобразования устройства— прототипа является нелинейным относительно контролируемого параметра— сопротивления 4 изоляции и зависит от емкости 5 сети, особенно при боль- 10 ших ее значениях. С целью уменьшения этого влияния в прототипе увеличивают емкость разделительного конденсатора 3. Однако в этом случае при работе с реальными сильноразвет- 15 вленными сетями, где емкость полюсов может достигать несколько сотен микрофарад, для достижения необходимой точности измерения необходима емкость разделительного конденсатора 20

3 несколько тысяч микрофарад.

В предлагаемом устройстве увеличение точности измерения достигается компенсацией влияния емкости 5 сети на уравнение преобразования 25 посредством указанных блоков.

Принцип компенсации заключается в следующем. При условиях R С « К+С

И В, « R4 подкоренное выражение уравнения (3) упростится 30

1(= У (У +2RR +R). (10)

5 4 4

Тогда числитель выражения (9) записывают

1 1 1

Х1 RС 2 RC Ф ()

4 5 Ф а его знаменатель

С 5®г R4) 1 40

R4Ñ5R С В.+С5К С к С (121

Скорректированное уравнение преобразования предлагаемого устройства на основании (9), (11) и (.12) получают в виде

xi+

Р4С5 1 СЗ R2

"о(изм} о 2 о " R

1 2 5 4 откуда 50

R =- — — Rz=К,: <Н} о С5 1, )

2 0о(Тизм1 С5 Оо(Тизм)С5

Таким образом, контролируемое сопротивление 4 изоляции обратно пропорционально напряжению П (Т„ „) на .55 опорном резисторе 2 и текущему значению емкости 5 сети so всем диапазоне ее изменения.

Момент времени Т„ определяется в программном блоке 8 в соответствии с уравнением (6); В этот момент времени происходит запись напряжения,на опорном резисторе 2 в блоке

6 фиксации. С его выхода напряжение поступает на вход знаменателя блока

7 деления.

Для компенсации влияния емкости 5 сети на уравнение преобразования на вход блока 9 определения емкости сети поступает напряжение, выделенное на импедансе изоляции u„(), описанное выражением (4). Чтобы исключить влияние на уравнение преобразования (14), входное сопротивление блока 9 определения емкости обеспечивают достаточно большим.

Полученное значение емкости 5 сети подают на вход блока 7 деления.

В результате деления на выходе устройства имеют напряжение, пропорциональное контролируемому сопротивлению 4 изоляции и независимое от емкости 5 сети во всем диапазоне ее изменения в соответствии с уравнением (14).

Подключение в предлагаемом устройстве опорного резистора 2 между землей сети и земляным выводом генератора 1 импульсов в отличие от прототипа, где он подключен между выходом генератора и разделительным конденсатором 3, позволяет значительно увеличить точность измерения за счет жесткой фиксации. потенциала второго информационного входа блока 6 фиксации уровня относительно "нуля" схемы.

У прототипа оба информационных входа блока 6 потенциально незаземлены и

"нуль" на выходе схемы устанавливают искусственно путем установки разных коэффициентов передачи по обоим входам блока, что представляет трудности при аппаратурной реализации, усложняет настройку устройства и значительно снижает точность измерения за счет временной и температурной нестабильности определяющих коэффициенты передачи элементов блока 6.

Преимущество изобретения по сравнению с прототипом заключается в увеличении точности измерения за счет линейности уравнения преобразования (14) и его инвариантности к измене-. ниям емкости сети во всем диапазоне измерения. Кроме того, точность измерения повьппается за счет упроще" ния схемы измерения напряжения инСоставитель О. Панчерников г

Редактор Л. Пчелинская Техред Л. Коцюбн щ Корректор В Гирняк

Заказ 7445/32 Тираж 710 Подписное

ВНИКЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

7 11 формационного сигнала Uo(T„ ) — вход ной схемы блока фиксации уровня, являющейся основным источником инструментальной погрешности у прототипа.

Компенсация влияния емкости сети на .уравнение преобразования позволяет значительно уменьшить емкость разделительного конденсатора и расширить диапазон измерения при сохранении достигнутой точности, что позволяет, в свою очередь, увеличить

18939 8 быстродействие измерения (на основании (6)) и обеспечивает возможность повысить точность измерения путем уменьшения инструментальной погрешности из-за значительного сокращения длительности цикла измерения.

Уменьшение емкости разделительного конденсатора позволяет снизить габариты и стоимость устройства одно10 временно с увеличением его надежности