Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока

 

Изобретение может быть использовано в измерительной технике для создания устройств для контроля состояния изоляции электрических сетей переменного тока. Цель изобретения - повышение достоверности и быстродействия измерения - достигается в результате сокращения времени протекания переходных процессов в цепи измерительного сигнала, вызванных изменением величин сопротивления изоляции и емкости контролируемой сети, в том числе и при коммутациях в этой сети. Устройство содержит источник 1 измерительного напряжения постоянного тока, датчик 2 измерительного тока на высокоомном резисторе, блок 3 искусственный нулевой точки, фильтр 4, выходной блок (индикатор) 11, конденсаторы 12, 13, низкоомные резисторы 14, 15, 16, переключатели 17, 18, 19, аналоговые ключи 6, 7, дифференцирующий блок 8, пороговый элемент 9, инвертор 20 уровня, генератор 10 тактовых импульсов, вычислитель 5 и соответствующие связи. Устройство обеспечивает возможность ускоренного перезаряда емкостей контролируемой сети при коммутациях в ней попеременно через первый и второй конденсаторы, шунтирующие в переходном процессе датчик измерительного сигнала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4298424/24-21 (22) 31, 08. 8 7 (46) 15.1.2.90. Бюп. В 46 (72) Л.Н. Карпиловский (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 530269, кл. G 01 R 27/18, 1978.

Авторское свидетельство СССР

И 1541533, кл. G 01 R 27/18. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение может быть использовано s измерительной технике для создания устройств для контроля Состояния изоляции электрических сетей переменного тока. Цель изобретения— повьппение достоверности и быстродействия измерения — достигается в результате сокращения времени протекания переходных процессов в цепи измерительного сигнала, вызванных изме„,Я0„„1613973 А 1 (51) 5 G 01 R 27/18

2 нением величин сопротивления изоляции и емкости контролируемой сети, в том числе и при коммутациях в этой сети.

Устройство содержит источник 1 измерительного напряжения постоянного тока, датчик 2 измерительного тока на высокоомном резисторе, блок 3 искусственной нулевой точки, фильтр 4, выходной блок (индикатор) 11, конденсаторы 12, 13, низкоомные резисторы 14, 15, 16, переключатели 17, 18, 19, аналоговые ключи 6, 7, дифференцирующий блок 8, пороговый элемент

9, инвертор 20 уровня, генератор 10 тактовых импульсов, вычислитель 5 и соответствующие связи„устройство обеспечивает возможность ускоренного перезаряда емкостей контролируемой .сети при коммутациях в ней попеременно через первый и второй конденсаторы, шунтирующие в переходном и процессе датчик измерительного сиг- . нала. 1 ил.

16139 73

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения величины сопротивления изоляции трехфазных и однофазных сетей переменного тока, находя5 щихся под рабочим напряжением и имею» щих значительные емкости по отношению к земле.

Цель изобретения — повышение даст овер ности и быстр одействия измерения за счет сокращения времени про( текания переходных процессов в цепи измерительного сигнала, вызванных ! изменением величин сопротивления изоляции и емкости контролируемой сети, в том числе и после коммутации в этой сети.

На чертеже. приведена функциональная схема устройства. . 20

Устройство состоит из источника 1 измерительного напряжения постоянного тока, датчика 2 измерительного тока, блока 3 искусственной нулевой точки, фильтра 4, вычислителя 5, аналоговых ключей 6 и 7, дифференцнрующего. блока

8, порогового элемента 9, генератора

10 тактовых импульсов, выходного блока 11, конденсаторов 12 и 13, низкоомных резистороц 14-16, двухпоэицион- >0 . ных переключателей 17-19, инвертора

20 уровня, входных зажимов 21-23.

Первый блок ускорения переходного процесса состоит. из переключателя

17, резистора 14, конденсатора. 15, а второй блок ускорения переходнаго процесса состоит,из переключателя

18, резистора 15, конденсатора 13.

На чертеже изображены также эквивалентная схема контролируемой сети

24 и сопротивления изоляции фаз сети

25-27 и емкости фаз сети относительно земан 28-30., Первый выход источника 1 измерительного напряжения через .последа- 45 вательно соединенные датчик 2 измерительного тока и блок 3 искусственной нулевой точки соединен с. входными зажимами 21-23. Вход датчика 2 измерительного тока соединен со вторым вхо1 дом вычислителя:5., объединенными первыми выводами конденсаторов 12 и 13 и.низкоомных резисторов 14-16. Выход датчика 2 измерительного тока соединен через фильтр 4 с первым выходом вычи. слителя 5 и входом дифференцирующего

55 блока 8 и,непосредственно со вторым, выходом переключателя 19, первый вход которого соединен со вторыми выходами выключателей 17 и 18.. Выход вычислителя 5 чере=-, аналоговый ключ б соединен со входом выходного блока

11. Вторые выводы низкоомных резисторов 14-16 соединены с первыми выходами переключателей 17-19 соответственно, а вторые выводы .конденсаторов 12 и. 13 соединены с первыми входами переключателей 17 и 18 соответственно. Второй вход переключате ля 17 через инвертор 20 полярности соединен со вторым входом переключателя 18 и с выходом аналоговаго клю ча 7, первый вход которого. соединен с выходом генератора 10 тактовых импульсов, а второй вход аналогового ключа 7 .соединен со вторыми входами аналогового ключа б и переключателя

19 и выходом порогового элемента 9, вход которого соединен с выходом дифференцнрующего блока 8. Второй выход источника 1 измерительного напряжения,постоянного тока соединен с землей ..

Устройство работает следующим образом.

При установившемся режиме работы сети сигнал на выходе дифференцирующего блока 8 равен нулю. При этом, на выходе. порогового элемента 9. создается потенциал низкого уровня логический нуль, что обеспечивает нахождение нормально замкнутого аналогового ключа 6 в исходном состоянии, а нормально разомкнутого аналогового ключа 7 —. в разомкнутом состоянии, а переключателя 19 в положении, .когда его первый вход замкнут с первым выходом. . Благодаря этому, информация с выхода вычислителя 5 непрерывно поступает через ключ 6 в выходной блок 11, импульсы же с выхода генератора 10 не поступают на второй вход. переключателя 18 и вход интегратора ?О уровня, а вторые выходы переключат. елей

17 и 18 отсоединены от. выхода датчика 2 измерительногo тока.

В указанном режиме обеспечивается измерение падения напряжения установившегося тока измерительного сигнала на импедансе изоляции сети и определение падения напряжения от установившегося измерительного тока на датчике 2 измерительного тока.

В связи с тем, что величина Rä априорно известна, в вычислителе 5 опре5 Ы1 делается величина сопротивления изоляции сети по формуле

URx

 = — --R

К Up 2»

2. где U и U< — падения напряжения х а измерительного сигнала постоянного тока на сопротивлении изоляции сети и датчика измерительного тока;

R< - величина сопротивления датчика 2 измерительного тока °

Определение величины сопротивления изоляции Rr сети по приведенной формуле, вполне оправдано, так как априорно известная величина сопротивления резисторов Ry, образующих симметричную звезду в блоке 3 искусI ственной нулевой точки, как правило во много раз меньше, чем даже нижний предел величины сопротивления изоляции..Rr сети, и легко может быть учтена в окончательном результате путем простого вычитания иэ папученной величины.

При наступлении же переходного режима в сети, вызванного .подключениями фидеров с нагрузками, источников энергии или другими. коммутациями в сети, ведущими всегда к изменению как общей веничины сопротивления изоляции сети, так и к изменения величины емкости сети относительно земпи» и возникновению вследствие этого процесса перезаряда емкостей сети измерительным сигналом, режим работы устройства изменяется.

На выходе дифференцирующего блока

8 появляется сигнал, отличный от нуля, который приводит к появлению на выходе порогового элемента 9 логической единицы — сигнала высокого уровня.

Это ведет к тому, что аналоговый ключ 6 размыкается, аналоговый ключ 7 замыкается, а первый вход переключателя 19 отключается от его первого выхода и подключается ко второму выходу. Информация с выхода вычислителя 5 перестает поступать в выходной блок 11, вторые. выходы переключателей 17 и 18 подключаются к выходу датчика 3 измерительного тока, а импульсы с выхода. генератора 10 тактовых импульсов начинают поступать на второй вход переключателя 18 и вход инвертора 20 уровня. Поступление первого же импульса на второй вход пере3973

6 ключателя 18 вызывает отключение его первог о входа от первого выхода и подключение этого первого входа ко

5 второму выходу переключателя 18. Таким образом» параллельно датчику 2 измерительного тока оказывается подключенным свободный от заряцов конденсатор 13, которьпг образует низкоимпедансный канал ускоренного перезаряда емкостей С, сети, шунтирующий датчик 2 измерительного тока.

Однако, в процессе перезаряда емкостей С сети этот конден-атор 13 также будет заряжаться измерительным током и его сопротивление этому току будет возрастать. Это ведет к увеличению сопротивления низкоимпедансного канала форсированного пе—

20 резаряда емкостей сети. Чтобы избежать этого в паузах между тактовыми импульсами осуществляют принудительный разряд форсирующего конденсатора 13 возвратом его в исходное

25 состояние с помощью низкоомного резистора 15.

Для того, чтобы не исключать наличия низкоимпедансного канала форсированного перезаряда емкостей сети в паузах между тактовыми импуль сами, в этом время с помощью инвертора. 20 уровня переключается переключатель 17, обеспечивая отключение его первого входа от первого выхода и подключение этого первого входа к его второму выходу. Таким образом, в паузах между тактовыми импульсами, когда осуществляется возврат конденсатора 13 в исходное состояние, па4О раллельно датчику 2 измерительного тока подключен конденсатор 12, обеспечивающий низкоимпедансный канал форсированного перезаряда емкостей сети, При поступлении очередного тактового импульса конденсатор 12 с накопленным зарядом отключается от выхода датчика 2 и подключается к низкоомному резистору 14» через который и разряжается в течение присутствия импульса от генератора 10 на входе инвертора 20 уровня, а в это время разряженный в. паузе между тактовыми им. пульсами конденсатор 13,освобожденный от накопленного заряда, подключается

55 к выходу датчика 2 измерительного тока. Такое поперечное подключение к датчику 2 измерительного тока периодически восстанавливаемых двух низко1613973

1 мпедансных каналов форсированного . перезаряда емкостей сети создает

Принципиально новую возможность стабилизации величины. шунтирующего ем.Ъ остного ниэкоимпедансного форсирущего канала перезаряда в примерно

1тостоянных пределах.

После завершения переходного процесса перезаряда .емкостей сети измери-10 гельным сигналом до заданных, допус|тимых пределов, сигнал на выходе диференцирующего блока 8 исчезает. Ис чезает и сигнал высокого уровня и на (| ! выходе порогового элемента 9. Анало говый ключ 6 замыкается, аналоговый ключ 7 размыкается, а первый вход переключателя 19 отключается от его второго выхода и подключается к его первому выходу. Это ведет к тому, что шунтирование датчика 2 тока конденсаторами 12 и 13 прекращается, а, импульсы с генератора 10 перестают поступать на второй вход переключателя 18 и вход инвертора 20 управле- 25 ния.

Достоверная информация с выхода вычислителя 5 через аналоговый ключ

6, вновь начинает поступать на вход индикатора. 30

В связи с тем, что при переходе в установившийся. режим последним, мог шунтировать датчик 2 измерительного тока конденсатор 12, который в установившемся режиме, как и в паузах между тактовыми импульсами, подсоединен ко второму выходу переключателя 17, то с целью. снятия с него накопленного в переходном режиме заряда он шунтируется с помощью переключателя 19 низкоомным резистором 16.

Благодаря резкому ускорению процесса перезаряда емкостей сети при . подключениях и отключениях нагрузок, фидеров, источников энергии и дФугих коммутациях в сети сокращается время переходного процесса в измерительной цепи, в течение которого измерения не достоверны, поэтому в целом увеличив ется время достоверной работы

i0 устройства.

Таким образом, устройство для измерения сопротивления изоляции элект- рических сетей переменного тока обеспечивает возможность ускоренного nei5 резаряда емкостей контролируемой сети при коммутациях в ней попеременно

\ через первый и второй конденсаторы, шунтирующие в переходном процессе высокеомный резистор. Попеременность введения в цепь перезаряда первого н второго конденсаторов на заданные периоды времени обеспечивает возможность нахождения одного из них по очереди в цепи перезаряда в течение переходного процесса, причем каждый из них вновь вводится в указанную цепь уже свободным от заряда, накопленного в предыдущий период работы в цепи переэаряда.

Указанное позволяет при реализации устройства достигнуть максимально возможного ускорения процесса перезаряда емкостей сети, и тем самым, сократить время переходного процесса установления измерительного напряжения на импедансе изоляции контролируемой сети переменного тока, в течение которого измерение недостоверно, т.е., уменьшив временную зону недостоверности измерения, тем самым увеличить временную зону достоверности измерения.

Формула из обр ет ения

Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей певеменного тока, содержащее после" довательно соединенные источник измерительного напряжения постоянного тока, датчик измерительного тока, блок искусственной нулевой точки, выход которого через фильтр соединен с входом дифференцирующего блока и с первым входом вычислителя, второй вход которого соединен соответственно с. входом датчика измерительного тока и одновременно с первым входом . первого 5лока ускорения переходного процесса, второй вход которого сое динен с выходом датчика измерительного тока,. третий вход .соединен с выходом аналогового ключа, первый вход которого через пороговый элемент .соединен с выходом дифференцирующего блока, второй вход — с выходом генератора тактовых импульсов, выход вычислителя через аналоговый ключ соединен с входом выходного блока, второй выход источника измерительного напряжения соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью. повышения достоверности и быстродействия измерения,, в него введены второй блок ускорения переходного процесса, низкоомСоставитель Р. Чучелов

Техред Л.Олийнык

Корректор Т,Палий

Редактор И. Сегляник

Заказ 3891 Тираж 554 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина, 101

9 16 ный резистор, переключатель и инвертор уровня, при этом второй вход йервого блока ускорения переходного процесса через инвертор уровня соединен с вторым входом второго блока ускорения переходного процесса, первые входы обоих блоков ускорения переходного процесса соединены с выходом источника измерительного напряжения и через последовательно

13973 10 соединенные низкоомный резистор и переключатель — с выходом порогового элемента, выход которого соединен с входом аналогового ключа, 5 третьи выходы обоих блоков ускорения переходного процесса через переключатель соединены с выходом .- датчика измерительного тока и входом фильтра.