Способ определения сопротивления изоляции и емкости электрических сетей

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения изоляции и емкости сети по отношению к земле судовых сетей постоянного тока. Цель изобретения состоит в повышении точности определения сопротивления изоляции при одновременном повышении его быстродействия. Способ заключается в том,что перед подачей единичного скачка измерительного напряжения в электрическую сеть подключают параллельно импедансу изоляции электрической сети дополнительный резистор, фиксируют наличие в исследуемой сети установившегося режима, после определения емкости контролируемой электрической сети определяют величину параллельного соединения сопротивления изоляции электрической сети и дополнительного резистора и определяют величину сопротивления изоляции электрической сети по формуле R<SB POS="POST">X</SB>=R<SB POS="POST">и</SB> R<SB POS="POST">к</SB>/R<SB POS="POST">к</SB>-R<SB POS="POST">и</SB>, где R<SB POS="POST">и</SB> - сопротивление параллельного соединения изоляции электрической сети и дополнительного резистора R<SB POS="POST">к</SB> - сопротивление дополнительного резистора.

союз советсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ К

РЕСГ}УБЛИН

А1 (}9) }1}) цц 4 С 01 R 27/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4188956/24-21 (22) 02.02.87 (46) 30.11.89. Бюл. }} -44 (72) Л.Н.Карпиловский (53) 621.316.925 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и откРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (56) Авторское свидетельство СССР

У 519648, кл. G 01 R 27/18, 1973.

Авторское свидетельство СССР

М 1183920, кл. G 01 R 27/18, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЕМКОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СЕТЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения изоляции и емкости сети по отношению к земле судовых сетей постоянного тока. Цель изобретения состоит в пбвышении точности определения сопротивления изоИзобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения сопротивления изоляции электрических сетей, и может быть использовано для определения изоляции и емкости сети по отношению к зеьше судовых сетей постоянного тока.

Целью изобретения является иовышение точности определения сопротивления изоляции при одновременном повышении его быстродействия.

На чертеже приведена блок-схема, устройства для реализации предлагае.мого способа.

2 ляции приодновременном повышении его быстродействия. Способ заключается в том, что перед подачей единичного скачка измерительного напряжения в электрическую сеть подключают параллельно импедансу изоляции электрической сети дополнительный резистор, фиксируют наличие в исследуемой сети установившегося режима, после определения емкости контролируемой электрической сети определяют величину параллельного соединения сопротивления изоляции электрической сети и дополнительного резистора и определяют величину сопротивления изоляции элекR кк трической сети по формуле R =- — —— х К-Rэ к и где R< — сопротивление параллельного соединения изоляции электрической сети и дополнительного резистора, R — . сопротивление дополнительного резистора.

Сущность способа заключается в том, что параллельно подключают к импедансу изоляции электрической сети до подачи в эту сеть единичного скачка измерительного напряжения дополнительный резистор, фиксирует наличие в сети"установившегося режима, подают указанное напряжение на параллельное соединение, что обеспечивает в момент достижения экстремума измерительным напряжением увеличение опорной величины падения напряжения от активной составляющей полного тока измерительного сигнала и уменьшение

1525617 па) ейия напряжения от этой составляющей полного тока на импедансе изоляции сети.

Измеряют падение напряжения от емкостной составляющей полного тока измерительного напряжения на импедансе--изаляции и величину опорного падения напряжения от этой составляющей,, фиксируют момент достижения экстремума измерительным напряжением на импедансе изоляции сети, измеряют в этот момент величину падения напряжения от активной составляющей полного тока и опорную величину падения напряжения от этой .составляющей, oIIределяют величину емкости сети, а затем определяют величину параллельного соединения сопротивления изоляции сети и дополнительного резистора и на основании этого определяют величину сопротивления изоляции сети по соответствующей формуле.

Значительное увеличение в момент достижения экструмума измерительным напряжением опорной величины падения напряжения от активной составляющей полного тока измерительного напряже-. ния позволяет, во-первых, значительно .улучшить отношение сигнал/помеха„ во-вторых, увеличение этого падения напряжения и одновременное уменьшение падения напряжения от этой же составляющей полного тока измерительного напряжения на параллельном соединении импеданса изоляции и дополни, тельного резистора в указанный момент времени позволяет уменьшить инстру,ментальную погрешность операции де, ление в вычислителе, так как эта

; операция проводится с соизмеримыми величинами. Таким образом, повьцпается точность измерения сопротивления изоляции электрических сетей.

В связи с тем, что после указанного подключения дополнительного резистора время достижения экстремума измерительным напряжением по предлагаемому способу уменьшается, уменьшается и общее время измерения, т.е. быстродействие измерения возрастает.

Ослабление требований к величинЕ.. .: входного сопротивления реализующих способ устройств обусловлено тем, что априорное значение величины до55 полнительного резистора и постоянных, входных сопротивлений блоков устройства, на входы которых поступает измерительный сигнал, параллельных дополнительному резистору, дает возможность учесть эти величины при выделении из шунтированного дополнительным резистором импеданса изоляции собственно величины сопротивления изоляции электрической сети.

Устройство содержит генератор импульсов, опорный резистор 2, .конденсатор 3, аналоговый ключ 4, индикатор 5, развязывающий блок 6, блок

7 определения экстремума, вычислитель. 8, блок 9 формирования пауз, задатчик 10 времени снятия информации, аналоговые запоминающие элементы 11 и 12, индикатор 13, высокоомный повторитель 14 напряжения, аналоговые ключи 15-17, аналоговый запоминающий элемент 18, элемент 19 задержки, вычислитель 20, дополнительный резистор 21, вьиислитель 22, выключатель

23, блок 24 дифференцирования, индикатор 25, входной зажим 26, земляной зажим 27, контролируемую сеть 28 с сопротивлениями изоляции КI, (Ry,,R> ) и емкостью сети С у, (С g,, Сх ).

Первый выход генератора 1 импульсов через последовательно соединенные опорный резистор 2 и конденсатор

3 соединен с входным зажимом 26 устройства, второй выход генератора 1 импульсов через зажим 27 подсоединен к земле, первый управляемый вход генератора 1 импульсов соединен с выходом блока 9 формирования пауз, а .второй управляемый вход генератора 1 импульсов соединен с выходом блока 7 .определения экстремума, входом блока

9 формирования пауз и четвертым входом первого вьиислителя 8, третий вход которого соединен с первым выходом генератора 1 импульсов, а второй вход — с первым выводом конденсатора 3 непосредственно и через по-

1 следовательно соединенные высокоомный повторитель 14 напряжения, третий ключ 15 и аналоговый запоминающий элемент 11 с первым входом второго

"вычислителя 20. Первый вход первого

T вычислителя 8 соединен с выходом развязывающего блока 6 и входом блока 7 определения экстремума непосредственно и через последовательно соединенные четвертый ключ 16 и аналоговый запоминающий элемент 12 с вторым входом второго вычислителя 20, выход которого через второй ключ 17 соединен с индикатором 13. Вход третьего вьиислителя 22 соединен с выходом

6 тор 3 поступает в контролируемую сеть 28. Так как входное сопротивление развязывающего блока 6, блока

24 дифференцирования и вычислителя

8 достаточно большое, то величина напряжения измерительного сигнала на входном зажиме 26 устройства определяется параллельным соединением величины дополнительного резистора

21 и величины импеданса изоляции сети 28. Величина этого параллельного соединения всегда меньше, чем падение измерительного напряжения только на импедансе изоляции сети 28, а

1 это уменьшает диапазон изменения соотношений между падениями. напряжения измерительного сигнала на импеданса изоляции сети 28 и опорном резисторе 2, что позволяет определить эти.соотношения с меньшими инструментальными погрешностями в вычислителе 8.

Падение напряжения на параллельном соединении дополнительноге.резистора 21 и импеданса изоляции сети

28 через развязывающий блок 6 непрерывно поступает на первый вход вычислителя 8 и на вход блока 7 определения экстремума. Одновременно через второй и третий входы в вычислитель

8 поступает информация о величине падения напряжения измерительного сигнала на опорном резисторе 2, т.е. фактически информация о величине полного тока измерительного сигнала.

В момент достижения измерительньм сигналом на указанном параллельном соединении дополнительного резистора

21 и импеданса изоляции сети 28 экстремума, что определяется с помощью блока 7 определения экстремума, емкостная составляющая тока измерительного сигнала обращается в нуль, а величина полного тока определяется исключительно активной составляющей .

Величина. параллельного соединения дополнительного резистора 21 и сопротивления К изоляции сети 28 в вычислителе 8 определяется по формуле

R — — R

Пки, И - 11 о

Rx "Б к где R — — — — сопротивление парал 4+Rê лельного соединения дополнительного сопротивления 21 и сопротивления изоляции сети 28;

5 152561 первого. ключа 4, первый вход которого ( соединен с вторым выходом первого вычислителя 8, а второй (управляемый) вход — с первым выходом первого вычислителя 8, выход третьего вычисли5 теля 22 соединен с входом индикатора

5, выход блока 9 формирования пауз соединен с вторыми входами аналоговых запоминающих элементов 11 и 12 и вто- 1О

l рым входом аналогового запоминающего. элемента 18 непосредственно, а через задатчик 10 времени снятия информации с управляемыми входами аналоговых ключей 15 и 16, входом элемента 19 15 задержки, выход которого соединен с первым входом запоминающего элемента

18, выход аналогового запоминающего элемента 18 соединен с вторым (управ-. ляемым) входом аналогового ключа 17, второй вывод конденсатора 3 соединен с входами развязывающего блока 6 и блока 24 дифференцирования непосредственно и через последовательно соединенные выключатель 23 и дополнительный резистор 21 с контуром заземления, выход блока 24 дифференцирования соединен с входом индикатора 25.

Устройство работает следующим образом. 30

После подключения устройства с помощью входного зажима 26 и исследуемой сети 28 и зажима 27 к земле замыкают выключатель 23, подключая к входному зажиму 26 дополнительный ре- 35 зистор 21. Завершение переходного процесса в сети 28, вызванного подключением дополнительного резистора

21, определяется с помощью блока 24 дифференцирования и индикатора 25, 4О выведенного на переднюю панель устройства.

При завершении переходного процесса в сети 28 сигнал с выхода блока 24 дифференцирования исчезает, и 45 на индикаторе 25 появляется информация о том, что в сети 28 наступил, установившийся режим. После этого запускают генератор 1 импульсов, а информация с индикатора 25 готовйости 50 в работе устройства уже не использу ется, так как она необходима только до запуска генератора. При запуске генератора 1 импульсов на его выходе появляется единичный скачок измеритель- 55 ного напряжения, образующий передний фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал через опорный резистор 2 и калиброванный конденса1525617

U — падение измерительного на%1 пряжения на указанном параллельном соединении;

U "-падение измерительного наЦ 5 пряжения на опорном резисторе 23;

К. - сопротивление. дополнительного резистора.

Сигнал о наступлении экстремума 10 с выхода блока 7 определения экстремума поступает одновременно на чет- . вертый вход вычислителя 8, на второй управляемый. вход генератора 1 импульсов и на вход блока 9 формирования 15 пауз.

По этому сигналу на выходе генератора 1 импульсов формируется задний фронт измерительного импульса, в блоке 9 формирования пауз начинается от- 2g счет паузы, в вычислителе 8, на тре„тий вход которого поступает информация о наличии импульса на выходе генератора 1 импульсов, вырабатывается сигнал, дающий разрешение на замыкание ключа 4. Указанный сигнал

1 через первый выход вычислителя 8 поступает на второй вход аналогового, ключа 4. При замыкании ключа 4 инфор1 мация о величине параллельного соеди- ЗО нения дополнительного резистора 21 и сопротивления изоляции сети 28 со .второговыхода,вычислителя 8 через ключ 4 поступает на первый вход третьего вычислителя 22, в который заранее введена информация о величине дополнительного резистора 21.

Устройство позволяет учесть внутреннее сопротивление блоков устройства. В этом случае в вычислитель 22 40 может вводиться величина, учитывающая не просто величину дополнительного резистора 21, а с учетом шунтиро вания ее входным сопротивлением устройства (развязывающего блока б), 45 входным сопротивлением блока 24 дифференцирования и входным сопротивлением вычислителя 8.

В вычислителе 22 определяется искомая величина, сопротивления изоляции R< сети 28 по формуле

R — сопротивление параллельного

К соединения изоляции электрической сети и дополнительного сопротивления;

R — сопротивление дополнительного резистора, Определенная в вычислителе 22 величина сопротивления изоляции электрической сети с первого выхода вычислителя 22 поступает на вход индикатора 5. Таким образом, на индикатор

5 выводится информация о величине сопротивления изоляции R в контролих руемой сети 28, определенная только после полного заряда емкости С> сети

28 током измерительного сигнала, когда емкостная составляющая этого тока равна нулю.

После формирования паузы, необходимой для проведения устройства и его блоков в исходное состояние, с выхода блока 9 формирования пауз на первый вход генератора .1 импульсов поступает сигнал, по которому на выходе генератора 1 импульсов формируется очередной единичный скачок измерительного напряжения, и начинается следующий цикл измерения.

Принцип измерения емкости совпада,ет с техническим решением прототипа и заключается в следующем.

Так как разделительный конденсатор

3 является калиброванным, а емкость

С сети 28, шунтирующую сопротивление изоляции R» можно представить как делитель напряжения, падения напряжения на плечах которого (особенно в начальный период времени, когда шунтирующее влияние сопротивления изоляции сети и параллельного ему дополнительного резистора пренебрежимо мало) обратно пропорционально величинам указанных емкостей, то, измерив падение напряжения измерительного сигнала на .конденсаторе 3 и емкости С„ (им" педансе изоляции сети), можно определить величину емкости С„ сети 28 по

Формуле

Ки Кк

К х RK-R Hy где К вЂ” искомая величина сопротивх ления изоляции электричес- кой сети, где С --величина емкости разделительного конденсатора, Ucо

U — падения напряжения измерис тельного напряжения в начале переходного процесса

1525617

10 установления измерительного напряжения на разделительном конденсаторе 3 и импеданее изоляции сети 28.

Указанная операция должна быть осуществлена в момент, когда шунтирующее влияние сопротивления изоля:ции сети 28 и параллельного ему до-... полнительного резистора 21 на величину сопротивления емкости С„сети 28

: измерительному сигналу незначительно.

Как правило, это условие. соблюдается в начальный отрезок времени после подачи единичного скачка измерительного напряжения в.контролируемую сеть

28, когда активная составляющая тока измерительного сигнала близка к нулю или много меньше емкостной составляющей этого полного тока. Особенно это справедливо для сетей с большими емкостями относительно земли.

Выбор времени t измерения падеъ ний измерительного напряжения на ем-. кости калиброванного заранее разде- 25 лительного конденсатора 3 и емкости

С сети 28 осуществляют заранее, исходя из диапазона величин сопротивления изоляции R, параллельного ему калиброванного сопротивления 21, и емкости С сети 28, на измерение которых рассчитано устройство.

Сигнал с выхода блока 9 формирования пауз, сформированный после завершения паузы, поступает на первый уп- 35 равляемый вход генератора 1 импульсов для подачи в сеть 28 единичного скачка измерительного напряжения, на вход эадатчика 10 времени снятия информации, переводя его в неустойчивое состояние, и на вторые входы (входы стирания) аналоговых запоминающих элементов 11 и 12, переводя их- в исходное состояние.

При этом на управляемые входы за- 45 мыкающих ключей 15 и L6 поступает сигнал, вызывающий их замыкание.

Вследствие этого на входы аналоговых запоминающих элементов 11 и 12 начинают поступать величины падения напряжения измерительного сигнала на конденсаторе 3 и емкости C„ сети 28 соответственно. Так как оба эти напряжения во времени увеличиваются, то в момент возвращения задатчика 10 . времени снятия информации в исходное состояние ключи 15 и 16 размыкаются, на выходах аналоговых запоминающих элементов 11.и 12 фиксируются падения напряжения на конденсаторе 3 и емкости Сх сети 28 в момент времени

t„.

Напряжения с выходов аналоговых запоминающих элементов 11 и 12 поступают на соответствующие входы вычислителя 20, где определяется их отношение, на выходе вычислителя 20 появляется cHI HcLH пропорциональный величине емкости С„ сети 28. По сигналу с выхода задатчика 10 (при возвращении его в исходное состояние), прошедшему через элемент 9 задержки, запоминающий эпемент 18 переходит в состояние "1", при котором замыкается ключ 17,.и информация о величине емкости сети и выхода вычислителя 20 поступает на индикатор 13.

Введение элемента 19 задержки обусловлено необходимостью выделения времени на проведение собственно вычислительных операций в вычислителе 20.

При наличии нового цикла измерений по сигналу с выхода блока 9 формирования пауз запоминающий элемен- 18 переводится в состояние "0", и ключ 17 разьыкается.

Наличие ключа 17 обусловлe:û необходимостью исключения передачи на индикатор 13 искаженной информации в моменты, в которые вычислительные операции еще не завершены.

Формула и з о б р е т е н н я

Способ определения сопротивления изоляции и емкости электрических се1 тей, заключающийся в том, что подают в исследуемую сеть единичный скачок измерительного напряжения, в начале переходного процесса установления измерительного напряжения на импедансе изоляции сети измеряют падение напряжения от емкостной составляющей полного тока измерительного напряжения ,на импедансе изоляции и на эталонном, конденсаторе, измеряют в момент фиксации достижения экстремума измерительным напряжением величину падения . напряжения от активной составляющей полного тока на импедансе изоляции и на эталонном конденсаторе и рассчитывают величину емкости сети, о т— л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения сопротивления изоляции при одновременном повышении его быстродействия, перед подачей едиы чного скачка изме7 12 тивления изоляции электрической сети по формуле

Составитель Д.Чучелов

Техред Л.Сердюкова

Корректор В.Кабаций

Редактор Т.Парфенова

Заказ 7219/40 Тираж 714 Подписное

ВНИЫ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при иям и и ГКНТ СССР

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

П нно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, у . р

II 11

У л. Гага ина 101 роизводственно152561 рительного напряжения в электрическую еть подключают параллельно импеданicy изоляции электрической сети дополительный резистор фиксируют наличие исследуемой сети установившегося ежима, после определения емкости онтролируемой электрической сети пределяют величину параллельного содинения сопротивления изоляции элек- 1(} рической сети и дополнительного реистора и определяют величину сопроКи Кк

«юа

RK RHЭ где R — сопротивление параллельного и соединения изоляции электрической сети и дополнительного резистора;

К вЂ” сопротивление дополнительного резистора.