Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия, достигамое за счет того, что контроль напряжения на корпусе осуществляется методом сравнения, а в качестве блока 16 исАЗ пользуется функциональный преобразователь . Блок 15 управления и форми- , рования временных параметров формирует в заданные моменты времени управляющие сигналы, поступающие на ключи 1-8. При срабатывании ключа 6 на первый вход блока 14 сравнения коммутируется опорное напряжение, превышающее начальное напряжение, зафиксированное блоком 10, запоминающим на заданную величину напряжения, вырабатываемую источником 12 эталонного напряжения. При срабатывании ключа 2 к первому полюсу сети 19 подключается первый вход низкоимпедансного форсирующего канала 9. Потенциал корпуса сети 19 фиксируется запоминающим блоком 11. При срабатывании ключа 4 коммутируемый зажим резистора 13 подключается к второму полюсу сети 19 через запоминающий а SS (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„,1 38661

А1 (51)5 С 01 R 27/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОсудАРстВенный нОмитет

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4643338/21 (22) 27.01.89 (46) 30. 03. 91. Бюл. У 12 .- (/2) А В.Шебелист и Н.И.Фомин (53) 621 ° 317.333(088.8) (56). Авторское свидетельство СССР

В 834605, кл. G 01 К 27/18, 1980.

Авторское свидетельство СССР

9 1074829, кл. G 01 R 27/18, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕИИч ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока.

Цель изобретения †.повьппение точности и быстродействия, достигамое за счет того, что контроль напряжения на корпусе осуществляется методом сравнения, а в качестве блока 16 исА5

2 пользуется функциональный преобразователь. Блок 15 управления и форми- i рования временных параметров формирует в заданные моменты времени управляющие сигналы, поступающие на ключи 1-8. При срабатывании ключа 6 на первый вход блока 14 сравнения, коммутируется опорное напряжение, превышающее начальное напряжение, зафиксированное блоком 10, запоминающим на заданную величину напряжения, вырабатываемую источником 12 эталонного напряжения. При срабатывании ключа 2 к первому полюсу сети 19 подключается первый вход низкоимпедансного форсирующего канала 9. Потенциал корпуса сети 19 фиксируется запоминающим блоком 11. При срабатывании ключа 4 коммутируемый зажим резистора 13 подключается к второму полюсу сети 19 через запоминающий

1638661

35 блок, 10, на выходе которого. действует начальное напряжение. Цифровой код измеренного интервала выдается в

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для измерения эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока, находящихся под напряжением и имеющих значительные емкости полюсов по отношению к корпусу.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения сопротивления изоляции.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения сопротивления изоляции электрических сетей; на фиг. 2 — временная диаграмма работы устройства; на фиг. 3 — блок-схема блока управления; на фиг.4 и 5 эквивалентные схемы замещения сети в различные интервалы времени.

Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей содержит ключи 1-8, низкоим. педансный форсирующий канал 9, 30 запоминающие блоки 10 и 11, источник 12 эталонного напряжения, резистор 13, блок 14 сравнения, блок

15 управления и формирования временных параметров, арифметический блок 16, блок 17 индикации, шину 18 запуска, электрическую сеть 19.

Низкоимпедансный форсирующий канал

9 своим первым выводом подключен к корпусу (первому выводу электриче- 40 ской сети) и к общей шине устройства, которая соединена с первым входом блока 14 сравнения, через ключи 3 и

5 — с первыми входами запоминающих блоков 10 и 11 соответственно, че- 45 рез последовательно соединенные резисторы 13 и ключ 4 - к выходу запо. минающего блока 10 и первым входам ключей 6 и 7.

Второй вывод канала 9 через ключ 50

2 подключен к первому полюсу электрической сети 19, третий вывод через ключ 1 — к второму полюсу электрической сети 19 и вторым входам запоминающих блоков 10 и 11. Выход запоминающего блока 11 через ключ 8 подключен к выходу ключа 7, первому выводу источника 12 эталонного напряжения и второму входу блока 14 сравнения. арифметический блок 16 и поступает в блок 17 индикации. 5 ил.

Второй вывод источника 12 питания эталонного напряжения подключен к выходу ключа 6. Выход блока 14 сравнения подключен к второму входу блока 15 управления и формирования временных параметров, первый вход которого подключен к шине 18 запуска. Выход блока 15 управления и формирования временных параметров подключен к входу арифметического блока 16, выход которого подключен к входу блока 17 индикации. Вторые (управляющие) входы А1-А8 ключей с 1 по Я включительно соединены соответственно с выходами А1-А8 блока 15 управления и формирования временных параметров с второго по девятый включительно.

Низкоимпедансный форсирующий канал 9 в простейшем случае представляет собой резистивно-емкостную цепь, Арифметический блок 16 представляет собой: функциональный преобразователь.

Блок 15 управления и формирования временных параметров (фиг-3) содержит блок 20 согласующих усилителей, формирователь 21 одиночного импульса, формирователь 22 задержки, элемент

ИЛИ 23, триггер 24, сдвиговый регистр 25, элемент ИЛИ ?6, генератор

27 счетных импульсов, элемент И 28, счетчик 29 импульсов, регистр 30, клемму 31 входных импульсов "Пуск",, клемму 40 входных импульсов "Счет".

Блок 20 согласующих усилителей содержит согласующие усилители 32-39.

Клемма 31 входных импульсов "Пуск" подключена к входу S триггера 24, к входам R сдвигового регистра 25 и счетчика 29 импульсов и через формирователь 21 одиночного импульса — к входу согласующего усилителя 34 и к первому инвертирующему входу элемента

ИЛИ 23, неинвертирующий вход которого соединен с. клеммой 40 входных импульсов "Счет", а второй инвертирующий вход через формирователь 22 задержки соединен с выходом 2р регистра 25 и входом согласующего усилителя

36. Выход элемента ИЛИ 23 соединен с синхровходами С регистра 25 и триггера . 24, вход D которого соединен с ши2

R нач "c R< +

45 (+ >) = +

) где л., 50

Uc =

Uñ! и с%с<.

= С

С2 ф 1 э

5 16386 ной "0", а выход — с входом D регистра 25, выходы 1р и Зр которого соединены с соответствующими входами элемента HJ1H, 26, выход которого соединен с входами согласующих усилителей

33 и 37.

Выход 5р регистра 25 соединен с .входами согласующих усилителей 32 и

38, выход 4р соединен с входами согласующих усилителей 35 и 39, с синхровходом С регистра 30, а также с первым входом элемента И 28, второй вход которого соединен с выходом генератора 27 счетных импульсов, а выход — с синхровходом счетчика 29, поразрядные выходы которого соединены соответственно с информационными входами D регистра 30, поразрядные выходы которого являются первым выходом блока 15 20 управления и формирования временных параметров. Выходы согласующих усили— телей 32 и 39 включительно являются выходами блока 15 управления и формирования временных параметров с 2 по 9 включительно.

Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей работает следующим образом.

В исходном состоянии до момента t< 30 (фиг.2) на корпусе действует начальное напряжение Ь „цч, уровень которого определяется соотношением величин сопротивлений изоляции полюсов сети

R1 и R 2:

35 где Uc — напряжение сети.

Цикл измерения эквивалентного сопро( тивления изоляции К = R " наэ Rf + R7 чинается в момент t при получении импульса "Пуск" по шине 18 блоком

15 управления. Блок 15 управления и формирования временных параметров формирует управляющие логические импульсы А1-А8 в соответствии с графиками 2-9 на фиг.". Импульсы А1-АЯ поступают на входы соответствующих ключей 1-8 и устанавливают их в проводящее (открытое) состояние.

Блок 15 управления и формирования временных параметров предназначен для формирования управляющих сигналов

А1-А8; диаграмма которых приведена, на фиг.2, графики 2-9, при получении входных импульсов "Пуск" и "Счетн че61 6 рез клеммы 31 и 40 в соответствии сграфиками 1 и 11 на фиг.2, а также формирования цифрового кода, соответствующего временному интервалу — на диаграмме 10 на фиг.2.

Длительность импульса АЗ равна и должна быть достаточной для фиксации начального напряжения

Upp„ в запоминающем устройстве.

После окончания действия импульса АЗ в момент t< формируются импульсы А2 и Аб. В результате срабатывания ключа 6 на второй вход блока 14 сравнения коммутируется опорное напряжение П„п, превьппающее

U

, зафиксированное запоминающим блоком 10, на заданную величину напряжения Пэ вырабатываемого источником 12 эталонного напряжения.

В результате срабатывания ключа 2 к первому полюсу сети 19 подключается второй вывод низкоимпедансного форсирующего канала 9. Потенциал корпуса, подключенный к первому входу блока 14 сравнения, форсированно возрастает и к моменту t достигает QBHH U p

oà) установленного на втором входе блока 14 сравнения. На выходе блока 14 сравнения в момент С формируется импульс "Счет", поступающий на второй вход блока 15 управления и формирования временных параметров. При этом блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А2 и Аб и формирует импульс А5. Эквивалентная схема замещения сети в интервал времени от

tЗ до t имеет вид, иэображенньп на фиг. 4, где U — напряжение сети, U zp — уровень опорного напряжения (фиг.2, график 10). В момент производится коммутация, размыкания

К1 и справедливо решение переходного процесса

1 q

i4 — текущие значения токов в соответствии с обозначениями на фиг.4; с Псу с — .текущие значения напряжений íà Ci и С2, Цс Цсд

1638661 где R1 и R2 — сопротивление изоляции) полюсов сети;

С1 и С2 — емкости изоляции полюсов сети.

В момент t4 блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульса А5 и формирует импульсы А2, А6.

В интервале времени от Т4 до происходит форсированное увеличение потенциала корпуса до уровня U и аналогично процессу, происходящему в интервале времени от t . до t и описанному выше.

В момент времени tg блок 14 сравнения вырабатывает очередной импульс

"Счет", блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А2, А6 и формирует начало импульсов А4 и А8, В результате срабатывания ключа 8 напряжение Ua р, зафиксированное в запоминающем блоке 11, каммутируется

5 на второй вход блока 14 сравнения.

В результате срабатывания ключа 4 коммутируемый зажим резистора 13 подключается к второму полюсу сети 19 через запоминающий блок 10, на выходе которого действует начальное напряжение

U ноч, зафиксированное в интервале времени — 1 — а °

U . .U

Щ 2 рф

Uczz

RO =

4t !

1

Р=- — =

С р1 э

Rf R2. где К R1+R2

С = С1+С2;

"с = "с п 0с,св i

R. Ь

30 при t = О, в момент t Uua»» + А = Upn ои яоЧ 2

U c2. = "нам+ (Uîn "нач)е (pe)))e ние уравнения).

Потенциал корпуса с момента уменьшается по экспоненциальному закону и в конце заданного интервала времени Qt = t 4 — t> достигает порогового жаровня Uи, который фиксииoр .1 40 руется запоминающим устройством 11.

Пио = 0)»аЧ + Пои ноч) иоо (1) (- ), * * Д

dt К» dt

Характеристическое уравнение: (С1+ Сг)+(— + — ) = 0;

1 1

R1 R2

UcR<

cy.))I) R1 + R2 . )»оч 1

«Ь р ес, U =Ае =.Ае =Ае

С 0

Эквивалентная схема замещения сети в интервале времени от t<до t имеет вид, изображенный на фиг.5, где

U g напряжение сети U p u H U ноч уровни опорного и начального напряжений (фиг.2, график 10).

В момент t5.производится коммутация, размыкание ключа 1, при этом решение переходного процесса имЕет вид где диор П кач )

U — напряжения пороговое, on начальное и опорное в соответствии с графиком

10 на фиг.2, gt = t — и — заданный интервал вре4 Ъ мени, формируемый в бла- 50 ке 15 управления и формирования временных па-. раметров, формирователе

22,,,Сэ К С вЂ” постоЯннаЯ вРемени сети, причем

R . R1R2 С = С1+С2, 9 R1 +R2 где 1 — 1 — текущие значения токов в

4 соответствии с обозначением на фиг.5.

Uc =. "с + Uce

"с» Ос Пс х где U c, и U << — текущие значения напряжений на С1 и С?.

Потенциал карлуса U c с момента уменьшается по экспаненциальному

5 закону и к моменту. tб достигает уровня,порогового на Unpp Блок

9 1638661 10

R +R

15 где R — величина дополнительного резистора 13.

Решая уравнения 1 и 2, получим зависимость для эквивалентного сопротив20 ления изоляции:

Rэ.(Rэ+В. ) (t x R9R

= — + 1;

Кэ

Кэ = R (— -1).

Ке (3)

3 " х

Из формулы (3) видно, что искомое значение эквивалентного сопротивления изоляции зависит только от одной переменной Ktх — интервала времени, измеряемого блоком 15 управления. 35

Цифровой код измеренного интервала gt х в момент времени t6 выдается в арифметический блок 16, где он преобразуется в код, соответствующий значению эквивалентного сопротивле- 40 ния изоляции, и выдается на индикацию в блок 17 индикации.

При необходимости проведения циклических (многократных) измерений с целью ускорения возврата уровня напряже45 ния на корпусе в исходное состояние в момент времени t< блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А4, А8 и формирует импульсы А1, А7.

В результате срабатывания ключа 7 напряжение Цч,ч, зафиксированное запоминающим устройством 11, коммутируется на второй вход блока 14 сравнения. В результате срабатывания ключа 1 второв5 полюс сети 19 коммутируется на третий вывод низкоимпедансного форсирующего канала 9 и потенциал корпуса форсированно уменьшается до начального уров14 сравнения вырабатывает очередной импульс "Счет". И к э пор ткач (on мач ) е (2) 5

I где htx = t< — t + — измеренный интервал времени", и >, = Е < С вЂ” постоянная времени сети с учетом выпол-10 ненной коммутации, причем ня U„oö. В момент времени t7 блок 14 сравнения формирует импульс "Счет", блок 15 управления и формирования временных параметров прекращает действие импульсов А1 и А7, и устройство готово для проведения очередного цикла измерения. Временная отметка t< совпадает с передним фронтом импульса "Пуск", который определяет начало измерения, установку в исходное состояние элементов блока 15 управления. Период (интервал) следования импульсов

"Пуск" не может быть меньше цикла измерения, т.е. интервала

Временной интервал t — t ранен длительности выходного импульса формирователя 21 одиночного импульса и должен быть доста-,î÷åí для фиксации начального напряжения U „ач в запоминающем блоке 10. Вспомогательный интервал t — t зависит от класса запоминающего блока и может быть менее 1 мкс, Вспомогательные интервалы з—

t5 — t4.i t7 — t6 зав сят от параметров исследуемой сети (величин емкостей С1 и С2); от максимально допустимого тока перезаряда емкостей С2 и С1 через низкоимпедансный форсирующий канал 9 (задается потребителем), от выбранной величины превышения напряжения U «p над П goq т.е. ПЭ (ПЭ - 0,05 Цс1.

Оговоренйые вспомогательные интервалы на порядок и более меньше измерительных интервалов t < — t > и t б — t, которые фактически определяют цикл полного измерения.

Интервал г. — t (0,1 — 0,5) с э где — пр едполагаемая номинальная

Э величина постоянной нремени сети.

При увеличении интервала снижается быстродействие устройства, но при этом может быть достигнута большая точность измерений. При конкретной реализации может быть несколько устанавливаемых поддиапазонов измерений Rэ и соответствующих им значений интервалов — t

Интервал г.6 — г - = г. „ — и=меренная величина.

Арифметический блок 16 может быть выполнен как функциональный преобразователь таким образом, что каждому значению неизвестной величины соответствует определенное значение

Э

1638661! Пик

2 1

3 ЯЕ

Контроль напряжения на корпусе осуществляется методом и средствами сравнения, что обуславливает более высокую точность измерения по сравне S нию с методами и средствами, осуществляющими непосредственные измерения напряжения. Кроме того, в данном устройстве отсутствует дополнительная погрешность косвенных измерений. Ис- 10 пользование функционального преобразователя значительно сокращает время на обработку исходных данных, и выдача результатов производится практически без задержки. 15

Формула изобретения

Устройство для измерения сопро- тивления изоляции электрических сетей, содержащее резистор, один иэ вы- 20 водов которого соединен с корпусом, два ключа, вход каждого из которых подключен к соответствующей фа зе контролируемой электрической сети, последовательно соединенные блок управле25 ния и формирования временных параметров, арифметический блок и блок индикации, первый вход блока управления соединен с линией запуска, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

30 повышения точности и быстродействия, в него введены низкоимпедансный форсирующий канал, два запоминающих блока, источник опорного напряжения, шесть ключей и блок сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управления и формирования временных параметров, низкоимпедансный формирующий канал своим первым выводом подключен к корпусу сети и к общей шине устройства, которая соединена с первым входом блока сравнения, через третий и четвертый ключи — с первыми входами первого и второго запоминающих блоков соответственно, через последовательно соединенные резистор и пятый ключ — с выходом первого запоминающего блока и первым входом, шестого и седьмого ключей, второй и третий выводы канала соединены с первыми входами первого и второго ключей, третий вывод канала через первый ключ подключен также к вторым входам первого и второго запоминающих блоков, выход второго запоминающего блока через восьмой ключ подключен к выходу седьмого ключа, второму входу блока сравнения и первому выводу источника эталонного напряжения, второй вывод которого подключен к выходу шестого ключа, вторые входы ключей с первого по восьмой включительно соединены с выходами блока управления и формирования временных параметров с второго по девятый включительно.

1638661 (корад

РЪг. 5

Составитель Ю.Минкин

Техред А.Кравчук Корректор Т Малед

Редактор М.Биткина

Заказ 926 Тираж 414 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101