Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления



Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления
Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления
Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления
Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2411526:

Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" (RU)

Настоящее изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения сопротивлений изоляции в сетях постоянного тока, находящихся под напряжением. Сущность изобретения состоит в том, что измеряют среднее значение активной мощности, выделяемой на сопротивлении изоляции за целое число периодов тестового сигнала, значение которой обратно пропорционально активной части сопротивления изоляции. Устройство для контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока включает в себя блок генератора синусоидального напряжения, подключаемый между полюсом одной из главных шин и корпусом устройства, соединенным с землей. Устройство дополнительно включает в себя блоки контроля присоединений, в которых формируется сигнал, пропорциональный сопротивлению изоляции данного присоединения по отношению к земле, многоканальный мультиплексор, блок индикации для отображения величины сопротивления изоляции. Многоканальный мультиплексор поочередно передает сигнал с блоков контроля присоединений в блок контроллера. Технический результат - расширение динамического диапазона контроля сопротивления изоляции сети постоянного тока и увеличение надежности. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено к использованию при создании и применении устройств и систем для измерения сопротивлений изоляции в сетях постоянного тока, находящихся под напряжением.

Известны способ и устройство измерения сопротивления изоляции, описанные в патенте РФ №2180124, кл. G01R 31/11, заявка от 19.01.1999 г., опубликовано 27.02.2002 г.

Известный способ заключается в том, что на сеть накладывают короткие импульсы, синхронизированные с моментом перехода через ноль напряжения с частотой источника контрольного тока на электрических полюсах сети, короткие импульсы и контрольный переменный ток выделяют в токе контролируемого элемента. Активную составляющую тока контролируемого элемента определяют на основании измерения отрезка времени, между моментом перехода через ноль тестового сигнала переменного тока контролируемого элемента и моментом появлении короткого импульса. Наличие повреждения в контролируемом элементе определяется по факту увеличения активной составляющей тока.

Недостатком данного способа является необходимость подавления импульсных помех, возникающих при коммутациях, так как для выделения короткого импульса в месте измерения требуется фильтр с широкой полосой пропускания частот. Кроме того, возможно совпадение собственной частоты отдельных участков сети с частотами спектра короткого импульса, что приводит к зависимости работы устройства от параметров отдельных участков сети.

Наиболее близким к предлагаемому способу контроля сопротивления изоляции является способ, опубликованный в научно-техническом журнале "Электрические станции", 1982 г., №2, с.61-63, который заключается в том, что на сеть накладывается контрольный переменный ток и измеряется активная составляющая тока в контролируемом элементе на основании измерения отрезка времени между моментом перехода через ноль переменного тока контролируемого элемента и моментом перехода через ноль напряжения с частотой источника контрольного переменного тока на полюсах сети. Наличие повреждения в контролируемом элементе определяется по факту увеличения активной составляющей тока.

Известное устройство, основанное на данном способе и выбранное в качестве прототипа, содержит источник контрольного переменного тока, подключенный к нейтральной точке сети, датчик тока контролируемого элемента, измеритель активной составляющей тока контролируемого элемента, первый вход которого соединен с выходом датчика тока контролируемого элемента, а второй вход подключается к полюсам сети.

Недостатком данного способа и устройства является то, что сигналы с трансформаторных датчиков тока подаются в общий измерительный блок по длинным проводам. При таком подходе сигналы становятся сильно зашумленными. Ввиду малой величины и зашумленности сигнала тока точность измерения активной составляющей тока и, как следствие, сопротивления изоляции будет низкой и диапазон измеряемых сопротивлений тоже мал.

Задачей изобретения являются упрощение процесса измерений, повышение точности его результатов и расширение функциональных возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что:

- в способе контроля сопротивлений изоляции сети постоянного тока производится измерение среднего значения активной мощности, выделяемой на сопротивлении изоляции за целое число периодов тестового сигнала, значение которой обратно пропорционально активной части сопротивления изоляции.

- устройство контроля сопротивлений изоляции сети постоянного тока, включающее в себя генератор синусоидального напряжения, подключаемый между полюсом одной из главных шин и корпусом устройства, соединенным с землей. Вместе с тем устройство включает в себя установленные изначально на каждом присоединение блоки контроля присоединений, в которых формируется сигнал, пропорциональный среднему значению активной мощности, при этом сигнал обрабатывается в непосредственной близи от датчика тока, а не передается на большое расстояние в блоки обработки сигналов. Так же имеется многоканальный мультиплексор, блок контроллера, выполняющий управление устройством, измерение и обработку сигналов, и блок индикации.

Способ контроля сопротивления изоляции поясняют схемы и векторные диаграммы на фиг.1, 2 и 3.

Генератор синусоидального сигнала напряжением Uг и частотой fг с помощью ключа К подключается между полюсом одной из главных шин и корпусом прибора, соединенным с землей (фиг.1). Напряжение Uг вызывает протекание тока Iиз через сопротивление изоляции Rиз и емкость изоляции Сиз. Ток Iиз(R) находится в фазе с напряжением генератора, ток Iиз(С) сдвинут относительно Uг на 90° (фиг.2а). Произведение Uг(t)×Iиз(t) является выражением полной электрической мощности, приложенной к элементам Rиз и Сиз от источника напряжения Uг. Среднее значение этой мощности за целое число периодов является выражением активной мощности, выделяемой на элементе Rиз. Значение Rиз является искомым. Значение активной мощности обратно пропорционально Rиз. Практический интерес представляют значения Rиз от 2 МОм до 2 кОм, а реальные значения Сиз одного присоединения могут быть от 100 пФ до 10 мкФ.

Применяемый способ реализуется благодаря следующим особенностям работы измерительной схемы (фиг.3).

Данный способ и устройство предусматривают применение специализированного датчика тока. Особенностью этого датчика тока является использование в нем тороидального магнитопровода из аморфной стали типа 5БДСР с высокой магнитной проницаемостью. Этот фактор позволил конструктивно создать малогабаритный датчик с высокой стабильностью его параметров. Вместе с тем малые габариты датчика позволили разместить вблизи него электронную схему синхронного детектора и надежно экранировать блок контроля присоединений от шумовых электрических наводок.

Датчик имеет первичную обмотку в форме витка провода, пропущенного через кольцевой магнитопровод и вторичную обмотку с большим числом витков. Первичная обмотка подключена между источником тестового сигнала Uг и контролируемым присоединением с его элементами Rиз, Сиз. Вторичная обмотка подключена к измерительной схеме устройства так, как изображено на фиг.3.

На схеме фиг.3 изображены следующие элементы:

Uг - генератор тестового сигнала с частотой fг;

Rиз, Сиз - сопротивление и емкость изоляции контролируемого присоединения;

ДТ - датчик тока со следующими элементами;

ИТ - идеальный трансформатор тока;

W1 - число витков первичной обмотки;

W2 - число витков вторичной обмотки;

L1 - индуктивность первичной обмотки (индуктивность намагничивания);

ОУ1 - повторитель напряжения с большим входным сопротивлением;

ОУ2 - усилитель-интегратор напряжения с элементами Rи, Си;

XY=Z - перемножитель сигналов Uи и Uг;

ОУ3 - фильтр с элементами Ri, Ro, Co для усреднения сигнала перемножителя;

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь.

По схеме фиг.3 видно, что вторичная обмотка W2 датчика тока подключена на вход усилителя с очень большим входным сопротивлением, то есть практически не нагружена током. Это означает, что ее напряжение U2 целиком определяется коэффициентом трансформации W2/W1; током I1, протекающим через первичную обмотку W1, и ее индуктивностью L1. Для гармонического сигнала Uг с частотой fг индуктивное сопротивление обмотки W1 ничтожно мало по сравнению с Rиз и емкостным сопротивлением Сиз, поэтому ток Iиз практически равен I1. Это означает, что выходное напряжение U2 датчика тока пропорционально току утечки Iиз, сдвинутого относительно Uг на 90° так, как показано на фиг.2б. Это напряжение через повторитель ОУ1 поступает на вход усилителя-интегратора ОУ2. Данный усилитель выполняет необходимое усиление напряжения и поворот фазы сигнала обратно на 90°. Вместе с тем данный усилитель выполняет также эффективное подавление помех. Основные гармоники и спектр этих помех находятся значительно выше частоты тестового сигнала fг. Таким образом, на выходе усилителя-интегратора формируется напряжение Uи, пропорциональное току утечки Iиз и в точности совпадающее с ним по фазе (фиг.2б). Это напряжение поступает на вход перемножителя сигналов, на другой вход которого поступает напряжение Uг, действие которого вызывает протекание тока Iиз. Перемножитель выполняет функцию произведения указанных напряжений и формирует на выходе сигнал Uп=Uи×Uг. Среднеквадратичное значение напряжения Uп пропорционально полной электрической мощности, выделяемой на элементах Rиз и Сиз. Среднее значение напряжения Uп пропорционально активной мощности, которая выделяется на элементе Rиз, значение которого является искомым. Для выделения среднего значения напряжения Uп предназначен фильтр, выполненный на ОУЗ с элементами Ri, Ro, Co. Выходное напряжение фильтра Uф пропорционально активной мощности, которая является величиной, обратной Rиз. Это напряжение поступает в схему АЦП, где оно измеряется. Результат измерения далее служит для вычисления искомого значения Rиз с помощью несложных программно-аппаратных средств.

Данный способ упрощает процесс измерения за счет того, что на все присоединения установлены датчики контроля, а генератор тестового сигнала автоматически - без помощи оператора - подключается к шинам. Перемножение упомянутых сигналов эквивалентно синхронному детектированию, которое, как известно, позволяет выделять и измерять весьма малые сигналы на фоне помех. При этом синхронное детектирование производится в каждом блоке контроля присоединений в непосредственной близости от датчика тока. Это позволяет функционально повысить точность измерения, а также расширить диапазон измеряемых сопротивлений и сократить время измерения.

Работу устройства поясняет структурная схема на фиг.4.

Электрические полюса шин 1 через разделительные емкости С1 и С2 подключены к контактам реле K1, K2. Контакты этих реле по командам контроллера 2 поочередно замыкаются и подключают выход блока генератора 3 к тестируемому полюсу. Генератор тестового сигнала включается по команде из блока контроллера, и за 2-3 секунды его выходное напряжение плавно изменяется от нуля до 40 В амплитудного значения. Под действием этого напряжения в каждом блоке контроля присоединения 4 формируется сигнал, пропорциональный сопротивлению изоляции данного присоединения по отношению к земле. Эти сигналы через мультиплексор блока интерфейсов 5 поступают на вход АЦП блока контроллера 2, где они измеряются. Результаты измерения отображаются на дисплее блока индикации 6 устройства. После проведения измерений генератор тестового сигнала по команде контроллера отключается с плавным снижением амплитуды от 40 В до нуля. Если сопротивление изоляции главных шин или любого из контролируемых присоединений становится ниже допустимого уровня, то генератор перегружается и выходит из режима стабилизации выходного напряжения, переходя в режим стабилизации (ограничения) выходного тока. При этом блок генератора формирует и передает в блок контроллера логический сигнал «перегрузка». Блок контроля присоединения, в котором обнаружено сопротивление изоляции ниже допустимого значения, формирует логический сигнал «перегрузка». Этот сигнал через мультиплексор блока интерфейсов также поступает в блок контроллера. При наличии данных сигналов контроллер формирует сообщение о присоединении с поврежденной изоляцией, которое отображается на дисплее блока индикации. Таким образом, применение специально разработанного блока контроллера позволяет упростить процесс измерения и эксплуатации устройства, а также повысить точность и сократить время измерения.

В устройстве используются электронные компоненты общего применения, а не прецизионные, что существенно упрощает и удешевляет данное устройство.

Работоспособность предлагаемого способа и устройства контроля сопротивления изоляции в сетях постоянного тока проверена в серии экспериментов.

Таким образом, изобретение в техническом и функциональном отношении значительно упростилось относительно прототипа. Изобретение приобрело также большую надежность в работе; простоту эксплуатации и расширенный динамический диапазон контроля сопротивления изоляции сети постоянного тока.

1. Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока, основанный на наложении на сеть контрольного переменного тока, отличающийся тем, что измеряют среднее значение активной мощности, выделяемой на сопротивлении изоляции за целое число периодов тестового сигнала, значение которого обратно пропорционально активной части сопротивления изоляции.

2. Устройство контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока, включающее в себя блок генератора синусоидального напряжения, подключаемый между полюсом одной из главных шин и корпусом устройства, соединенным с землей, отличающееся тем, что устройство дополнительно включает в себя: блоки контроля присоединений для формирования сигнала пропорционального среднему значению активной мощности, выделяемой на сопротивлении изоляции, датчик тока, который имеет первичную обмотку - виток провода, пропущенный через кольцевой магнитопровод, и вторичную обмотку с большим числом витков, причем первичная обмотка подключена между источником тестового сигнала и контролируемым присоединением, а вторичная обмотка подключена к измерительной схеме устройства, многоканальный мультиплексор, поочередно подающий упомянутый сигнал в блок контроллера для вычисления значения сопротивления, блок индикации для отображения величины сопротивления изоляции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к контролю сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью. .

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к контролю сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной защите систем электроснабжения. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению изоляции цепей постоянного тока. .

Изобретение относится к способам измерения и контроля сопротивления изоляции изолированных от земли (корпуса) силовых электрических сетей постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам для измерения параметров контура нулевой последовательности в компенсированных электрических сетях 6-35 кВ, в том числе, и в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали.

Изобретение относится к способам измерения и контроля сопротивления изоляции изолированных от земли (корпуса) силовых электрических сетей переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для профилактического контроля состояния изоляции консоли от металлической арматуры железобетонной опоры контактной сети электрифицированной железной дороги.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и используется для измерения и постоянно действующего контроля сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока на кораблях, судах, шахтах, метрополитене и там, где есть разветвленные отдельные сети постоянного тока, изолированные от земли

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для эксплуатационного контроля состояния изоляции относительно земли объектов под рабочим напряжением в трехфазных сетях с изолированной нейтралью, а также в сетях, где нейтраль заземлена через резистор или реактор

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой, а именно к микропроцессорным системам управления и диагностики тепловозов

Группа изобретений относится к электроизмерительной технике и предназначена для использования в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами. Между одним из полюсов контролируемой цепи и шиной заземления подключают измерительную цепь, содержащую управляемый дополнительный источник постоянного тока формирующий однополярное двухступенчатое напряжение, при этом, с целью снижения измерительного напряжения дополнительного источника, с цепью заземления соединяют полюс дополнительного источника одноименный с подключенным полюсом контролируемой цепи. Устройство содержит измерительную цепь, включенную между одним из полюсов контролируемой цепи и шиной заземления и состоящую из управляемого дополнительного источника постоянного тока, ограничительных резисторов и токового шунта, микропроцессорный элемент, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания аналоговой части микропроцессорного элемента, блок передачи измерительной информации, при этом, параллельно токовому шунту, подключена цепь из последовательно соединенных масштабирующих операционных усилителей, а параллельно дополнительному источнику подключен еще один операционный усилитель с делителем напряжения на входе, выходы операционных усилителей соединены с входами аналого-цифрового преобразования микропроцессорного элемента, а выход микропроцессорного элемента, управляющий дополнительным источником, имеет функцию широтно-импульсной модуляции. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности измерений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется при контроле сопротивления изоляции электрических цепей постоянного тока относительно корпуса. Технический результат заявленного изобретения заключается в сокращении числа коммутационных элементов, отвечающих за подключение цепей к измерительному каналу, и в сокращении времени, затрачиваемого на проведение измерений. Технический результат достигается благодаря тому, что исследуемые цепи группируют в двухмерную матрицу, состоящую из m строк и n столбцов. Далее группы цепей, составляющих строки и столбцы матрицы, поочередно подключают к источнику напряжения U постоянного тока через измерительный резистор R1 и выполняют измерения напряжений AU на резисторе R1. Сопротивления изоляции групп цепей определяют по формуле Rизол=R1×(U/ΔU-1). Каждая исследуемая цепь участвует в двух измерениях: сначала в составе группы строки матрицы, а затем в составе группы столбца матрицы. На основе анализа результатов измерений определяют цепи с пониженным сопротивлением изоляции относительно корпуса. Выдача команд, измерение напряжений, вычисление сопротивлений изоляции и формирование результатов контроля осуществляется с помощью программного модуля. Для (m×n) исследуемых цепей требуется проведение (m+n) измерений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, и устройство для его осуществления относятся к электроизмерительной технике и предназначены для использования преимущественно в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами. Техническим результатом является повышение помехозащищенности и точности измерений, упрощение устройства, реализующего заявленный способ, а также расширение функциональных возможностей за счет реализации функции самодиагностики измерительных каналов и устройства в целом. Технический результат достигается устройством, осуществляющим способ, заключающийся в том, что в интервалах между измерениями сопротивления изоляции производят контроль измерительных каналов путем подключения входов первого измерительного канала к одной точке и определения среднего значения «нуля» после "n" измерений для учета в расчете напряжения, а затем подключения этих же входов к обоим полюсам контролируемой цепи для последующего вычисления отношения среднего (из "n") значения показаний второго канала к среднему значению показаний первого канала, при выходе рассчитанных показателей за пределы установленных порогов, делают вывод о нарушении функционирования измерительных каналов, а в противном случае последующее вычисление общего сопротивления изоляции производят по формуле:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите синхронных генераторов, и может быть использовано на электрических станциях для защиты синхронных генераторов от замыкания обмотки возбуждения на землю в одной точке, а также для контроля сопротивления изоляции. Технический результат - повышение надежности работы системы контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения. Полюса обмотки возбуждения шунтируют сопротивлениями, часть которых периодически шунтируется управляемыми ключами с целью изменения состояния измерительной схемы, измеряют напряжения на определенных элементах схемы и вычисляют сопротивление изоляции по формуле, приведенной в описании изобретения. Блок-схема способа включает в себя обмотку возбуждения (1); контролируемое сопротивление изоляции (3); два шунтируемых сопротивления (6) и (8); два управляемых ключа (5) и (9), шунтирующих сопротивления (6) и (8) соответственно; добавочные высокоомные сопротивления (2) и (4), включенные между полюсами обмотки возбуждения и ключами (5) и (9); блок (10) управления ключами; блок измерения 11; выходной релейный блок (12); блок (13) контроля исправности ключей; заземляющее сопротивление (70. Технический результат получают путем снижения уровня напряжений на шунтирующих ключах путем разделения их с выводами обмотки возбуждения при помощи высокоомных сопротивлений, а сами ключи для осуществления контроля их исправности подключают параллельно к сопротивлениям, на которых измеряют напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для измерения емкости между фазами и корпусом (или землей) в любых трехфазных электросетях, например в судовых. Описан способ измерения фазной емкости электросети с изолированной нейтралью, который включает в себя поочередное измерение токов замыкания каждой из фаз и отличается тем, что дополнительно измеряют углы между векторами токов замыкания и векторами возникающих при замыканиях напряжений на нейтрали, используя которые рассчитывают фазные емкости. Способ повышает точность и устраняет ошибки при определении фазных емкостей электросети. 3 ил.
Наверх