Измеритель электрического сопротивления изоляции

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля. К шине корпуса, по отношению к которой измеряется сопротивление изоляции фидеров, подключают выход усилителя, охваченного обратной связью, потенциал которого выше потенциала корпуса на заранее заданную величину. Причем между выходом усилителя и точкой обратной связи установлен ограничительный резистор, который в течение первого периода режима насыщения усилителя, когда доминирует емкостная нагрузка, определяет ток ускоренного заряда емкости утечки. После установления потенциала корпуса по величине падения напряжения на ограничительном резисторе определяется ток, протекающий через сопротивление утечки, и, зная величину скачка напряжения, можно определить значение сопротивления утечки. Технический результат заключается в высокой точности измерения и оказании минимального влияния на исследуемые цепи. 6 ил.

 

Измеритель электрического сопротивления изоляции двухпроводных сетей, находящихся под напряжением постоянного тока, относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий.

Известно устройство измерения сопротивления изоляции (патент № 2230332, 2004 г.).

Суть изобретения заключается в том, что параллельно измеряемой цепи подключается конденсатор известного номинала, измеряется постоянная времени переходного процесса и с учетом измеренных начального и конечного значений напряжений в контролируемых точках определяются параметры изоляции цепи. При этом обеспечивается гальваническая развязка измеряемой и измерительной цепей.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявленного изобретения, является наличие пары резисторов делителя, шины корпуса, блока измерения, блока индикации результатов, шины «Пуск».

Причинами, препятствующими получению технического результата, являются относительно большое время восстановления потенциала корпуса до его первоначального значения после окончания цикла измерения, высокая погрешность измерения амплитуды скачка потенциала корпуса при емкостях утечки более 100 мкФ, а также даже при ограничении амплитуды скачка потенциала корпуса возможное влияние процесса измерения на показания прецизионной радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство измерения сопротивления изоляции (патент № 2289142, 2006 г.).

Суть изобретения заключается в том, что до начала измерения запоминается потенциал корпуса, затем к параллельно измеряемой цепи подключается конденсатор известного номинала, измеряется постоянная времени переходного процесса и с учетом измеренных начального и конечного значений напряжений в контролируемых точках определяются параметры изоляции цепи. Далее с учетом измеренной емкости утечки на корпус подается напряжение с цифроуправляемого источника напряжения до тех пор, пока потенциал корпуса не восстановится до запомненного значения.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявленного изобретения, является наличие пары резисторов делителя, шины корпуса, блока измерения, блока индикации результатов, шины «Пуск», цифроаналогового преобразователя.

Причинами, препятствующими получению технического результата, являются высокая погрешность измерения амплитуды скачка потенциала корпуса при емкостях утечки более 100 мкФ, а также даже при ограничении амплитуды скачка потенциала корпуса возможное влияние процесса измерения на показания прецизионной радиоэлектронной аппаратуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является устройство (патент № 2348939, 2009 г.).

Суть изобретения заключается в том, что блок формирования сигнала на выходе ЦАП обеспечивает тестовый сигнал, который через конденсатор накачки воздействует на корпус. Блок обеспечения процесса "накачки", переключая ключи, отклоняет потенциал корпуса от исходного значения на заданную величину. Величина скачка потенциала конденсатора после первого подключения измеряется блоком измерения с помощью дифференциального усилителя. По величине скачка и экспоненциальному переходному процессу восстановления потенциала корпуса блок вычисления постоянной времени и блок измерения вычисляют значения сопротивлений утечки на корпус.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявленного изобретения, является наличие блока синхронизации, шины корпуса, блока измерения, блока индикации результатов, шины «Пуск», цифроаналогового преобразователя, мультиплексора, блока формирования серединного потенциала, дифференциального усилителя, конденсатора накачки, разрядного резистора.

Причинами, препятствующими получению технического результата, являются довольно длительный выход на требуемое отклонение потенциала корпуса от первоначального значения в случае, если емкости утечки более 100 мкФ. Кроме этого, негативное влияние на точность результата измерения оказывают токи утечки через сопротивления утечки в моменты разряда емкости накачки разрядным резистором.

Задачей заявляемого изобретения является создание быстродействующего устройства для измерения сопротивления изоляции электрических сетей (в том числе и на корпус), находящихся под напряжением, обеспечивающего высокую точность измерения и оказывающего в процессе измерения минимальное влияние на исследуемые цепи.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве применены усилитель, второй и третий резисторы обратной связи, ограничительный резистор, третий и четвертый ключи, причем первый вход усилителя подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а второй через резисторы обратной связи соединен с общей шиной измерителя и первым выводом ограничительного резистора, второй вывод которого подключен к первому входу конденсатора, второй вход которого соединен с выходом усилителя и первым входом первого ключа, второй выход которого подключен к общей точке конденсатора и ограничительного резистора, первому входу дифференциального усилителя и первому входу первого резистора, второй выход которого соединен через второй ключ со вторым входом дифференциального усилителя и первым входом третьего ключа, выход которого соединен с шиной корпуса, а выход задатчика опорного потенциала через четвертый ключ соединен с общей шиной измерителя, к которой подключены блок измерения и цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен со вторым выходом блока вычисления, причем пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы блока синхронизации подключены соответственно к управляющему входу третьего ключа, второму входу цифроаналогового преобразователя, управляющим входам первого, четвертого и второго ключей.

Поставленная задача достигается за счет создания схемы перезаряда большой емкости, шунтирующей сопротивление изоляции шин на периоде, управляемом током. Она реализована с помощью усилителя, охваченного обратной связью и работающего в двух режимах: режиме насыщения (ускоренный заряд емкости утечки), когда его ток определяется ограничительным резистором, и линейном режиме (установившийся потенциал на емкости утечки), когда его выходной ток определяется током активной нагрузки. В этом режиме по величине падения напряжения на ограничительном резисторе можно точно оценить значение сопротивления изоляции по отношению к корпусу.

Суть изобретения заключается в том, что к шине корпуса, по отношению к которой измеряется сопротивление изоляции фидеров, находящихся под напряжением постоянного тока, подключают выход усилителя, охваченного обратной связью, потенциал которого выше потенциала корпуса на заранее заданную величину.

Причем между выходом усилителя и точкой обратной связи установлен ограничительный резистор, который в течение первого периода режима насыщения усилителя, когда доминирует емкостная нагрузка, определяет ток заряда емкости утечки.

Эквивалентная схема процесса ускоренного заряда емкости утечки приведена на фигуре 1,

где

E - напряжение выхода усилителя, находящегося в насыщении,

Cp - разделительный конденсатор,

Rt - тестовый резистор,

Rш - шунтирующий резистор,

Ry - сопротивление утечки, представляющее собой параллельное, соединение сопротивлений утечки на корпус от каскадной шины.

Cy - емкость утечки,

K - ключ.

Упрощенное выражение для описания переходного процесса после замыкания ключа K при Cp>>Сут будет:

где

На фигуре 2 приведен график изменения потенциала корпуса (на емкости и сопротивлении утечки) в процессе измерения,

где t1 - время установления потенциала корпуса до напряжения Uд;

t2 - время измерения и вычисления сопротивления утечки;

t3 - время восстановления потенциала корпуса до значения Uк.

Время t1 определяется по формуле:

На фигуре 3 приведены зависимости времени t1 от Сут и R.

Второй период t2 характеризуется тем, что емкость заряжена до величины заданного перепада Uд и усилитель находится в линейном режиме.

Эквивалентная схема измерения, соответствующая второму периоду работы усилителя в линейном режиме, приведена на фигуре 4.

По величине падения напряжения на ограничительном резисторе Rт определяется ток, протекающий через сопротивление Rут, и, зная величину скачка Uд, определяется значение R по формуле:

Так как напряжение на выходе собственно усилителя Uвых.ус растет по закону

то, пока оно не достигнет значения Uнас≈Е, возможно проводить измерения Ry.

На фигуре 5 представлена схема измерителя, в состав которой входят:

1 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

2 - шина корпуса объекта;

3 - первый резистор обратной связи;

4 - общая шина измерителя;

5 - второй резистор обратной связи;

6 - усилитель;

7 - конденсатор, обеспечивающий гальваническую развязку;

8 - первый ключ, который обеспечивает разряд конденсатора 7;

9 - задатчик опорного напряжения, который представляет собой делитель напряжения между шинами фидера +F и -F и обеспечивающий потенциал, по отношению к которому ведутся все прямые измерения,

10 - шина "Пуск";

11 - резистор Rш, обеспечивающий ускоренный перезаряд емкости утечки на шине корпуса;

12 - резистор Rт, ограничивающий ток поддержания потенциала корпуса на заданном уровне;

13 - второй ключ;

14 - третий ключ;

15 - блок синхронизации (БС);

16 - четвертый ключ;

17 - резистивный делитель, обеспечивающий согласование потенциала корпуса и диапазона измерения блока измерений, содержащий пару резисторов, подключенных между шинами корпуса и общей шиной измерителя;

18 - дифференциальный усилитель (ДУ);

19 - мультиплексор блока измерения;

20 - блок измерения (БИ);

21 - блок вычисления;

22 - блок индикации результатов;

b2, b3, b4 - сигналы управления ключами 8 и 14 и 13 соответственно;

b1 - сигналы управления цифроаналоговым преобразователем (ЦАП).

Потенциальный вход ЦАП1 соединен с неинвертирующим входом усилителя 6, к инвертирующему входу которого подключены резисторы обратной связи R3 и R5, а выход усилителя 6 подключен к первым входам разделительного конденсатора С7 и ключа К8, вторые выходы которых объединены и соединены с первым входом дифференциального усилителя ДУ18 и первыми входами резисторов R11 и R12.

Второй вывод резистора R11 через ключ К13 подключен ко вторым выводам резисторов R5 и R12, первому входу ключа К16 и второму входу ДУ18. Второй вывод ключа К16 соединен с входной шиной корпуса и первым резистором R17.1 делителя К17, второй резистор R17.2 которого подключен к "общей" шине измерителя, а выход делителя 17 (точка объединения резисторов 17.1 и 17.2) соединен с первым входом мультиплексора 19, второй вход которого подключен к выходу ДУ18. Третий вход мультиплексора 19 соединен с одной шиной фидера и первым входом задатчика опорного потенциала 9, а четвертый - с другой шиной фидера и вторым входом задатчика опорного потенциала 9, выход которого подключен через ключ К14 к "общей" шине измерителя. Выход мультиплексора 19 соединен с блоком БИ20, выход которого через блок вычислений БВ21 подключен к блоку индикации. Выходы блока синхронизации с первого по девятый соединены соответственно с входами управления ключа К16, мультиплексора 19, блока БИ20, блока вычислений БВ21, индикации 22, ключа 13, ключа 14, ключа 8 и ЦАП1, вход которого подключен ко второму выходу БВ21, а выход соединен с резистором R3 и "общей" шиной измерителя, к которой подключен второй вход блока 20.

Измеритель работает по алгоритму, определенному БС15. Укрупненная блок-схема алгоритма приведена на фигуре 6, где приняты следующие обозначения:

1. Начало работы.

2. Привести схему в исходное состояние.

3. Измерить потенциал первой шины фидера по отношению к опорному потенциалу.

4. Измерить потенциал второй шины фидера по отношению к опорному потенциалу.

5. Вычислить разность потенциалов между шинами фидера.

6. Измерить потенциал корпуса Uк.

7. Определить направление изменения потенциала корпуса по условию:

8. Если «нет», т.е. , то Uд присвоить знак "-".

9. Если «да», т.е. , то Uд присвоить знак "+".

10. Занести в ЦАП значение:

где NК - цифровой эквивалент потенциала корпуса;

Nд - цифровой эквивалент величины добавки.

11. Подключить выход усилителя к корпусу.

12. Контролировать процесс изменения потенциала корпуса до момента установления нового его значения, для чего:

13. Проверить условие: ΔUk<ΔUD.

где ΔUk и ΔUD - отклонение потенциала корпуса с добавкой от расчетного и допустимое отклонение потенциала корпуса с добавкой.

14. Отключить форсирующий резистор R11.

15. Измерить падение напряжения на токозадающем резисторе R12.

16. Вычислить по соответствующим формулам Ryт1 и Ryт2 и Сут.

17. Подключить резистор R11.

18. Занести в ЦАП значение NK.

19. Контролировать процесс изменения потенциала корпуса до момента установления Uk=UK, для чего:

20. Проверить условие:

где ΔN - допустимое отклонение корпуса от установившегося значения.

21. Занести результаты измерения R в блок индикации R22.

22. Конец.

В исходном состоянии корпус и шины двухпроводной сети подключены к входу измерителя. В ЦАП занесено значение NЦАП=0. Ключи К8 и К13 замкнуты, К14 и К16 разомкнуты.

По приходу сигнала шины "Пуск" БС15 обеспечивает работу в соответствии с алгоритмом. Ключ К14 замыкается и подключает "общую" шину измерителя к опорному потенциалу с блока 9. По первому входу мультиплексора 19 блок 20 производит измерение потенциала первой шины, а по второму входу - потенциала второй шины. По четвертому входу мультиплексора 19 блок 20 измеряет потенциал корпуса. Блок вычислений Б21 проверяет условия (3) и вычисляет значения: NЦАП=Nкор±Nдоб, которое должно быть занесено в ЦАП. По очередной команде от БС15 в ЦАП заносится код NЦАП1, аналоговый эквивалент которого в виде напряжения поступает на вход усилителя 6. По сигналу блока 15 ключ 8 размыкается, а ключ 16 замыкается. Так как выход усилителя с обратной связью подключается к корпусу, который представляет для него резистивно-емкостную нагрузку, то, как было сказано выше, блок входит в насыщение и потенциал корпуса меняется в соответствии с формулой (1) током, определяемым параллельно включенными резисторами R11 и R12. По четвертому входу MS19 блок 20 измеряет потенциал корпуса, и блок 21 проверяет условие (4).

Когда потенциал корпуса установится на своем новом значении, то по команде БС15 ключ 13 отключает резистор 11 и с помощью ДУ18 блок 20 через третий вход MS19 измеряет падение напряжения на токовом резисторе R12. Блок вычислений 21 в соответствии с формулой (2) определяет значение Рут и устанавливает в ЦАП код, соответствующий потенциалу корпуса. По команде блока 15 ключ К13 переходит в состояние "замкнуть", а на выходе ЦАП1 устанавливается потенциал, равный первоначальному потенциалу корпуса. Блок 21 через блок 20 контролирует потенциал корпуса до момента выполнения условия (5). Когда оно выполняется, блок 21 передает результат вычислений в блок 22 и команду в БС 15 об окончании измерений. Таким образом, измеритель позволяет:

1. Осуществлять процесс изменения потенциала корпуса за короткий интервал времени, но ограниченный, заранее известным током, что исключает влияние процесса измерения на работу приборов, подключенных к фидеру.

2. Измерение исходных величин для расчета сопротивлений утечки ведется в установившемся режиме, что обеспечивает высокую достоверность результатов, так как использует статистическую обработку стационарных процессов в условиях помех.

3. В качестве образцовой величины используется резистор, а не конденсатор, температурная стабильность которого значительно ниже.

Измеритель электрического сопротивления изоляции двухпроводных сетей постоянного тока, находящихся под напряжением, содержащий, цифроаналоговый преобразователь, конденсатор, два ключа, первый резистор, дифференциальный усилитель, выход которого через первый вход мультиплексора подключен ко входу блока измерения, выход которого соединен с блоком вычисления, первый выход которого подключен к блоку индикации, два входа шин контролируемого фидера, которые соединены с задатчиком опорного потенциала и со вторым и третьим входами мультиплексора, четвертый вход которого через делитель подключен к шине корпуса и общей шине измерителя, блок синхронизации, вход которого соединен с шиной «Пуск», а первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами мультиплексора, блока измерений, блока вычислений и блока индикации, отличающийся тем, что в него введены усилитель, второй и третий резисторы обратной связи, ограничительный резистор, третий и четвертый ключи, причем первый вход усилителя подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а второй через резисторы обратной связи соединен с общей шиной измерителя и первым выводом ограничительного резистора, второй вывод которого подключен к первому входу конденсатора, второй вход которого соединен с выходом усилителя и первым входом первого ключа, второй выход которого подключен к общей точке конденсатора и ограничительного резистора, первому входу дифференциального усилителя и первому входу первого резистора, второй выход которого соединен через второй ключ со вторым входом дифференциального усилителя и первым входом третьего ключа, выход которого соединен с шиной корпуса, а выход задатчика опорного потенциала через четвертый ключ соединен с общей шиной измерителя, к которой подключены блок измерения, и цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен со вторым выходом блока вычисления, причем пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы блока синхронизации подключены соответственно к управляющему входу третьего ключа, второму входу цифроаналогового преобразователя, управляющим входам первого, четвертого и второго ключей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к автоматизированным системам контроля электрического сопротивления изоляции двухпроводных сетей, находящихся под напряжением постоянного тока, и может быть использовано при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах распределения электроэнергии, например, в составе самолета, корабля или космического аппарата (КА).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах распределения электроэнергии, например, в составе самолета, корабля или космического аппарата (КА).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для периодического контроля состояния различных электрических сетей. .

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к измерениям сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от "земли".

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам определения параметров емкостных и резисторных сенсоров, используемых в качестве датчиков различных величин, например температуры, влажности, давления.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области системы мероприятий по контролю качества поверхности изделий после механической обработки

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности, в тензометрии, Преобразователе содержит источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к общей тине преобразователя, резистивный датчик, первый вывод которого через первый потенциальный провод соединен с инверсным входом первого операционного усилителя и через первый токовый провод соединен с одним выводом источника тока, другой вывод которого подключен к общей шине преобразователя, а второй вывод резистивного датчика соединен с вторым потенциальным проводом и вторым токовым проводом, при этом выход первого операционного усилителя соединен с выходом преобразователя

Изобретение относится к измерению электрических параметров

Изобретение относится к области технической диагностики сложных технических систем с переменной структурой электрических цепей и может быть использовано для диагностики технического состояния электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции рельсовой линии

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Устройство содержит N входных точных резисторов, первый аналого-цифровой преобразователь, к средней точке питания которого подключен первый полюс нестабилизированного источника измерительного напряжения постоянного тока, и резистор, являющийся токовым шунтом, вторым выводом соединенный со входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу микропроцессорного элемента, соединенного с источником измерительного напряжения, с блоком цифровой индикации результатов измерений и режимов работы, с блоком кнопочной клавиатуры, с блоком интерфейса, с блоком сигнализации и с управляющими входами блока коммутации. Также устройство содержит второй аналого-цифровой преобразователь, входы которого через делитель соединены с полюсами источника измерительного напряжения, а выход - с входом микропроцессорного элемента, а блок коммутации содержит N управляемых микропроцессорным элементом коммутирующих узлов, имеющих в своем составе по два коммутирующих элемента, выходы которых первыми контактами объединены и подключены ко второму выводу одного из N входных резисторов, а вторые контакты первого коммутирующего элемента соединены со вторым полюсом источника измерительного напряжения, а второго - с входом первого аналого-цифрового преобразователя. Технический результат заключается в возможности измерения сопротивления изоляции каждой цепи как относительно «земли», так и относительно других контролируемых цепей, в повышении точности измерений, в возможность контроля метрологической характеристики в процессе эксплуатации. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контрольно-измерительной технике, и предназначено для использования в качестве технического средства непрерывного контроля сопротивления изоляции и электрической прочности цепи «погружной электродвигатель (ПЭД) - трехжильный силовой кабель» с рабочим напряжением 1-2,5 кВ, применяемого в устройствах электроцентробежного насоса (УЭЦН). Устройство включает в себя источник постоянного напряжения 3, измеритель утечки тока 7, блоки световой 1 и звуковой сигнализации 4, повышающий трансформатор 11, компаратор разряда источника постоянного напряжения 5, микроконтроллер 2, источник опорного напряжения 6, компаратор сброса генератора 8, генератор опорной частоты 9 и усилитель мощности 10, конденсатор 14, резистивный делитель 13, выпрямительный диод 12, эталонный резистор 17, один из выводов которого подключен к тестовой клемме 16; измерительный шунт 15 с возможностью соединения с шиной 19 корпуса и оплеткой контролируемого кабеля, зажим 18 для подключения к жилам контролируемого кабеля. Элементы конструкции соединены определенным образом согласно фиг.1. Технический результат изобретения заключается в создании обладающего высокой надежностью и оперативностью устройства, обеспечивающего непрерывный контроль сопротивления изоляции и электрической прочности цепи «ПЭД - трехжильный силовой кабель». 1 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к автоматизированным системам контроля электрического сопротивления и прочности изоляции, и может быть использовано при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий. Способ измерения электрического сопротивления изоляции между группой объединенных контактов и отдельным контактом и устройство для измерения электрического сопротивления изоляции предполагают вначале измерение сопротивления R1 между первой шиной с подключенной к ней группой объединенных контактов и второй шиной, затем измерение сопротивления R2 между первой шиной с подключенной к ней группой объединенных контактов и второй шиной с подключенным к ней отдельным контактом и по результатам измерений определение сопротивления и прочности изоляции. Устройство для измерения электрического сопротивления изоляции содержит измеритель сопротивлений, первую и вторую группу из n ключей, блок управления, включающий в себя запоминающее устройство, процессор и программируемую логическую интегральную схему. За счет такой реализации и учета сопротивления утечки средств измерения достигается увеличение точности измерения сопротивления и прочности изоляции и расширение функциональных возможностей, позволяющих вести измерения в автоматическом режиме. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам детектирования короткого замыкания на землю в электрической цепи переменного тока, содержащей электрическую машину и имеющую нейтральную точку. Устройство содержит блок (20) подачи сигнала, трансформатор (30) напряжения, имеющий первичную обмотку (31), подключенную к стороне выводов (13) электрической машины, и вторичную обмотку (32), которая соединена разомкнутым треугольником. Измерительный трансформатор (40, 45), имеющий первичную обмотку (48), подключенную к нейтральной точке (14) электрической машины, и вторичную обмотку (49). Блок (50) детектирования короткого замыкания на землю. Блок (20) подачи сигнала сконфигурирован с возможностью подачи сигнала на вторичную обмотку (32) трансформатора (30) напряжения. Измерительный трансформатор (40, 45) сконфигурирован с возможностью измерения результирующего подаваемого сигнала на его вторичной обмотке (49), а блок (50) детектирования короткого замыкания на землю сконфигурирован с возможностью детектировать короткое замыкание на землю на основании измеренного сигнала. Технический результат заключается в упрощении устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля

Наверх