Способ измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, и устройство для его реализации



Способ измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, и устройство для его реализации
Способ измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2496114:

ООО "НПП "ЮГПРОМАВТОМАТИЗАЦИЯ" (RU)

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.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к электроизмерительной технике и предназначены для использования преимущественно в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами.

Контроль изоляции и измерение ее сопротивления для гальванически изолированных от земли (корпуса) цепей были всегда актуальными задачами, особенно в таких отраслях как железнодорожная автоматика, судовая электрика, где подавляющее большинство электрических цепей гальванически изолировано от земли (корпуса).

Известен способ контроля электрического сопротивления изоляции и защитного отключения оборудования (заявка на изобретение RU 2009143048, G01R 27/18, опубликована 27.05.2011). В соответствии с данным способом дополнительный источник напряжения подключают к одному из полюсов контролируемой цепи, формируют измерительное напряжение в форме периодической последовательности импульсов с изменяющейся полярностью и по напряжению и току в цепи дополнительного источника в разных полупериодах его работы рассчитывают сопротивление изоляции и судят о допустимости его изменения.

Данный способ (и его формулы расчета) работоспособны только в предположении, что напряжение дополнительного источника превышает напряжение контролируемой цепи, поскольку в противном случае при их встречном включении (за счет изменения полярности дополнительного источника) ток, протекающий в цепи дополнительного источника, должен пройти в обратном направлении, что невозможно из-за того, что обычно источник постоянного тока содержит на выходе выпрямительный элемент. Во всяком случае, внутреннее сопротивление источника постоянного тока в обратном направлении гораздо больше его значения в прямом направлении. Расчет тока в цепи дополнительного источника для данного способа в цикле встречного включения показывает, что для исключения изменения направления тока должно выполняться условие:

U 2 U r T + R 1 2 r T + R 1 + R 2 ( 1 )

где: U2 - напряжение дополнительного источника; U - напряжение контролируемой цепи; rT - внутреннее сопротивление дополнительного источника (в прямом направлении); R1 - сопротивление изоляции полюса, к которому подключен дополнительный источник; R2 - сопротивление изоляции второго полюса.

Таким образом, когда R1>>R2 (что вполне реально), напряжение дополнительного источника должно быть больше (или равно) напряжения контролируемой цепи.

Использование в устройствах измерения сопротивления изоляции достаточно высоковольтных источников постоянного тока по многим причинам не рационально. Во-первых, это проводит к значительному усложнению устройств, во-вторых, в периоде последовательного соединения дополнительного и контролируемого источников их напряжения уже суммируются, что может привести к недостоверным результатам измерения из-за срабатывания разрядников, которые устанавливаются для защиты цепей от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Кроме этого, при наличии в цикле измерения встречного включения источников, существует достаточно актуальная проблема измерения общего сопротивления изоляции контролируемой линии без нагрузки (например, после переключения питания с основной линии на резервную). Эта проблема также связана с разным внутренним сопротивлением источников постоянного тока (теперь уже контролируемых) в прямом и обратном направлениях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля сопротивления изоляции и защиты сети постоянного тока от замыканий на землю (заявка на изобретение RU 2000106754, G01R 27/18, опубликована 27.02.2002). Способ основан на том, что к полюсам сети постоянного тока через одинаковые добавочные сопротивления подключают дополнительный источник специальной (двухступенчатой) формы, производят измерение установившихся значений напряжений полюсов сети относительно земли и тока в ветви дополнительного источника в первом и втором полупериодах его работы, определяют эквивалентное (общее) сопротивление изоляции полюсов относительно земли по приводимым формулам и сравнивают его с допустимым.

Все недостатки, указанные при рассмотрении первого способа присущи и данному, с учетом того, что дополнительный источник подключается к условной средней точке контролируемой цепи, образованной двумя добавочными сопротивлениями. Поэтому меньшее из напряжений дополнительного источника в предельных случаях должно быть больше половины напряжения контролируемой сети.

Целью предлагаемого изобретения является повышение достоверности и точности измерений, снижение напряжения дополнительного источника, что достигается применением известных технических решений предлагаемым способом.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в способе измерения сопротивления изоляции двухпроводных цепей постоянного тока, находящихся под напряжением, при подключении к одному проводу, в соответствии с которым между одним из полюсов контролируемой цепи и шиной заземления подключают измерительную цепь, содержащую управляемый дополнительный источник постоянного тока, ограничительные резисторы и токовый шунт, при этом, с целью снижения измерительного напряжения дополнительного источника, с цепью заземления соединяют полюс дополнительного источника одноименный с полюсом контролируемой цепи, после определенной выдержки времени производят измерение напряжения источника и тока в его цепи, усредняя их по n измерениям в интервале, кратном периоду наиболее вероятной помехи, затем повышают напряжение и вновь после определенной выдержки производят те же измерения, общее сопротивление изоляции контролируемой цепи вычисляют по формуле:

R и з = U 0 2 U 0 1 I 0 2 I 0 1 R 0 ( 2 )

где: U01, U02 - усредненные значения напряжения дополнительного источника на первом и втором этапах измерения; I01, I02 - соответствующие токи в измерительной цепи; Ro - суммарное сопротивление измерительной цепи, включающее ограничительный резистор, сопротивление шунта и внутреннее сопротивление дополнительного источника (в прямом направлении).

Для реализации предлагаемого способа измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока 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, выход которого подключен к управляемому им дополнительному источнику, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания аналоговой части микропроцессорного элемента, при этом, параллельно токовому шунту, подключена цепь из последовательно соединенных масштабирующих операционных усилителей для образования поддиапазонов измерения, 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, который, в свою очередь, подключен к блоку последовательного интерфейса для передачи измерительной информации, и отличается тем, что выход микропроцессорного элемента управляющего дополнительным источником имеет функцию широтно-импульсной модуляции, а дополнительный источник напряжения содержит управляемый импульсный преобразователь с умножителем или выпрямителем напряжения на выходе, при этом, с шиной заземления соединен его полюс одноименный с подключенным полюсом контролируемой цепи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена структурная схема устройства по предлагаемому способу для измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, где: 1 - измерительная цепь; 2 - ограничительный резистор; 3 - токовый шунт; 4 - управляемый дополнительный источник постоянного тока; 5 - шина заземления; 6 - делитель напряжения; 7 - операционные усилители; 8 - микропроцессорный элемент; 9 - блок приема/передачи измерительной и диагностической информации; 10 - прецизионный элемент стабилизации напряжения; 11 - контролируемая цепь постоянного тока; R1, R2 - сопротивления изоляции первого и второго полюсов контролируемой цепи.

Устройство, представленное на фиг.1, работает под управлением микропроцессорного элемента по заложенной в него программе в соответствии с алгоритмами, указанными в предлагаемом способе, и производит вычисления по приведенным формулам. Расчетные формулы получены на основании закона Киргофа для точки (шина заземления) ветвления токов утечки через сопротивления изоляции (R1, R2) и сопротивление измерительной цепи (R0) и закона равенства напряжений на параллельно включенных участках:

На первом этапе измерения:

{ I 0 1 = I 1 1 + I 2 1 U 0 1 + I 0 1 R 0 = I 1 1 R 1 U 0 1 + I 0 1 R 0 = U + I 2 1 R 2 I 0 1 = U 0 1 R 1 + R 2 R 1 R 2 + I 0 1 R 0 R 1 + R 2 R 1 R 2 U R 2 ( 3 )

где: U - напряжение контролируемой цепи; I11, I21 - токи в цепях сопротивлений изоляции соответственно R1 и R2 на первом этапе измерения.

Аналогично, на втором этапе измерения получаем:

I 0 2 = U 0 2 R 1 + R 2 R 1 R 2 + I 0 2 R 0 R 1 + R 2 R 1 R 2 U R 2 ( 4 )

Вычитая (3) из (4), учитывая, что R 1 + R 2 R 1 R 2 = 1 R и з , и делая преобразования относительно Rиз, получаем формулу (2).

Способ снижения напряжения дополнительного источника постоянного напряжения использован в ООО ”НПП”Югпромавтоматизация” при разработке микромодуля ММСИ1П. Устройство, реализующее предлагаемый способ, изготовлено на печатной плате размером 30×80 мм, прошло комплекс испытаний и подтвердило хорошие метрологические характеристики.

1. Способ измерения сопротивления изоляции двухпроводных цепей постоянного тока, находящихся под напряжением, при подключении к одному проводу, в соответствии с которым между одним из полюсов контролируемой цепи и шиной заземления подключают измерительную цепь, содержащую управляемый дополнительный источник постоянного тока, ограничительные резисторы и токовый шунт, при этом с целью снижения измерительного напряжения дополнительного источника с цепью заземления соединяют полюс дополнительного источника, одноименный с полюсом контролируемой цепи, производят измерение напряжения источника и тока в его цепи, усредняя их по n измерениям в интервале, кратном периоду наиболее вероятной помехи, затем повышают напряжение и вновь производят те же измерения, общее сопротивление изоляции контролируемой цепи вычисляют по формуле R и з = U 2 U 1 I 2 I 1 R 0 где: U1, U2 - усредненные значения напряжения дополнительного источника на первом и втором этапах измерения; I2, I1 - соответствующие токи в измерительной цепи; R0 - суммарное сопротивление измерительной цепи.

2. Устройство измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока по предложенному способу, содержащее 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, выход которого подключен к управляемому им дополнительному источнику, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания аналоговой части микропроцессорного элемента, при этом параллельно токовому шунту подключена цепь из последовательно соединенных масштабирующих операционных усилителей для образования поддиапазонов измерения, 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, который, в свою очередь, подключен к блоку последовательного интерфейса для передачи измерительной информации, отличающееся тем, что выход микропроцессорного элемента, управляющего дополнительным источником, имеет функцию широтно-импульсной модуляции, а дополнительный источник напряжения содержит управляемый импульсный преобразователь с умножителем или выпрямителем напряжения на выходе, при этом с шиной заземления соединен его полюс, одноименный с подключенным полюсом контролируемой цепи.



 

Похожие патенты:

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

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 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 контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой. .

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.

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, 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.

Изобретение относится к технике электрических измерений. Устройство содержит источник испытательного напряжения (ИИН), эталонный резистор (ЭР), зарядный ключ (ЗК), испытуемый объект (ИО), разрядный ключ (РК), разрядный резистор (РР), выходные выводы, к которым подключают ИО, двухканальный цифровой измеритель с запоминающим устройством с двумя информационными (ЦИ) и двумя управляющими входами, устройство отображения информации (УОИ), генератор тактовых импульсов (ГТИ) и блок управления (БУ) с выходами «Пуск» и «Установка нуля». Первый вывод ИИН через ЗК присоединен к первому выходному выводу устройства, а второй вывод ИИН через ЭР присоединен ко второму выходному выводу устройства. К выходным выводам устройства параллельно подключены соединенные последовательно РК и РР. Выход ЦИ соединен с входом УОИ. Выход ГТИ соединен с первым управляющим входом ЦИ. Также в устройство введены замыкающий и размыкающий блок-контакты ЗК, замыкающий блок-контакт РК, пиковый детектор, дифференцирующий элемент, нуль-компаратор, световой индикатор, счетчик времени, блок умножения напряжений, цифровой индикатор, два масштабных преобразователя и органы управления двухканальным цифровым измерителем с запоминающим устройством. Причем входные выводы первого масштабного преобразователя подключены параллельно выходным выводам устройства, а его выход через размыкающий блок-контакт ЗК и замыкающий блок-контакт РК подключен к первому информационному входу ЦИ и к входам дифференцирующего элемента и пикового детектора. Выход дифференцирующего элемента подключен к входу нуль-компаратора, а выход нуль-компаратора подключен к входу счетчика времени и световому индикатору. Выход счетчика времени подключен к первому входу блока умножения напряжений, второй вход которого подключен к выходу пикового детектора. Выход блока умножения напряжений подключен к входу второго масштабного преобразователя, выход которого соединен с входом цифрового индикатора. Второй вывод ИИН соединен через замыкающий блок-контакт ЗК с вторым информационным входом ЦИ. Вход генератора тактовых импульсов соединен с выходом «Пуск» блока управления. Второй управляющий вход ЦИ соединен с выходом органов управления ЦИ. Обнуляющие входы пикового детектора и счетчика времени соединены с выходом «Установка нуля» блока управления. Технический результат заключается в возможности непосредственного измерения оставшегося ресурса изоляции. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство состоит из источника измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока, фильтра RC, состоящего из последовательно соединенных резистора и конденсатора, одного диод, шунтирующего конденсатор С1, блока гальванической развязки, усилителя напряжения сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, блока питания, электронного делителя напряжения, блока индикации и блока сигнализации. При этом источник измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока положительным полюсом подключен к корпусу (земле), а отрицательным полюсом соединен с нижним первым выводом резистора нейтрали контролируемой сети. Второй вывод резистора нейтрали контролируемой сети соединен с нейтралью контролируемой сети. Параллельно источнику измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока включены конденсатор С1 и диод, катод которого соединен с корпусом (землей). Параллельно резистору нейтрали включен фильтр RC, причем конденсатор фильтра включен параллельно входу блока гальванической развязки, который своим выходом включен на вход усилителя напряжения сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом электронного делителя напряжения, а выход электронного делителя напряжения соединен непосредственно с блоком индикации и с блоком сигнализации. При этом все блоки устройства запитаны от блока питания. Технический результат заключается в возможности непрерывного контроля сопротивления изоляции. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство содержит резистор, соединенный с нейтралью одним выводом, резистивный датчик тока, источник стабилизированного напряжения постоянного тока, шунтирующий конденсатор C1, RC-фильтр на 50 Гц, блок гальванической развязки, электронный делитель напряжения, дифференциальный усилитель, блок питания и блоки индикации и сигнализации. При этом второй вывод резистора нейтрали соединен с введенными резистивным датчиком тока и источником стабилизированного напряжения постоянного тока, включенными последовательно. Второй вывод резистора нейтрали соединен с корпусом через шунтирующий конденсатор С1, а плюсовой вывод источника стабилизированного напряжения соединен с корпусом через введенный резистивный датчик тока. Параллельно резистивному датчику тока включен RC-фильтр, средняя точка которого соединена с входом блока гальванической развязки, а выход блока гальванической развязки соединен с входом электронного делителя напряжения, на выход которого входом включен дифференциальный усилитель, на выход которого входом включены блоки индикации и сигнализации. Все блоки устройства запитаны от блока питания. Технический результат заключается в возможности непрерывно контролировать сопротивление изоляции в сетях переменного тока с резистивной нейтралью. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока, находящихся под напряжением и изолированных от земли. Устройство содержит источник измерительного напряжения, миллиамперметр, блок гальванической развязки, блок вычитания, блок управления, управляемый источник переменного напряжения, первый ключ, второй ключ, токоограничивающий резистор. Причем два входа блока гальванической развязки подключены к двум фазам контролируемой сети, между которыми действует переменное напряжение. Выход блока гальванической развязки подключен ко второму входу блока управления, выход которого подключен к входу управляемого источника переменного напряжения, первый выход которого подключен к второму выводу токоограничивающего резистора, первый вывод которого подключен ко второму выходу источника измерительного напряжения. Второй выход управляемого источника переменного напряжения подключен через миллиамперметр к земле. Первый выход источника измерительного напряжения через первый ключ подключен к любой фазе контролируемой сети. Первый вход блока вычитания подключен к первому выходу управляемого источника переменного напряжения, а выход блока вычитания через второй ключ подключен к первому входу блока управления. Технический результат заключается в уменьшении погрешности и времени измерения сопротивления изоляции. 3 ил.
Наверх