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



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

 


Владельцы патента RU 2503964:

ООО "НПП "ЮГПРОМАТОМАТИЗАЦИЯ" (RU)

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:

 

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 и устройство измерения и контроля сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока под рабочим напряжением (патент на изобретение RU 2403580 G01R27/18, опубликован 10.11.2010). В соответствии с данным способом к одному из полюсов контролируемой сети подключают регулируемый резистор и изменяют его так, чтобы напряжение на полюсе уменьшилось ровно в два раза по сравнению с величиной напряжения этого полюса относительно земли до шунтирования, при этом, устройство содержит управляемую ключами декодирующую резистивную матрицу, компараторы, реле, устройства выборки и хранения аналоговых сигналов, омметр и т.д. Таким образом, данный способ очень сложен в реализации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения сопротивления изоляции электрических сетей (патент на изобретение RU 2044324, G01R27/18, опубликован 20.09.1995). Способ основан на поочередном шунтировании резистором полюсов сети, последовательном измерении на нем мгновенных значений напряжений, определении окончания переходных процессов в общем случае по разности между смежными измерениями и вычислении сопротивления изоляции по предложенной формуле, принимая значение последнего измерения мгновенного значения напряжения за установившееся. Данный способ безусловно применим к идеальным линиям постоянного тока без различного вида помех, однако в реальных линиях обязательно присутствуют пульсации выпрямленного напряжения, наводки от проходящих в совместных жгутах цепей переменного тока, коммутационные и другие наведенные помехи. Таким образом, при реализации данного способа с порогами ниже уровня помех на контролируемой линии постоянного тока, определение окончания процесса измерения может никогда не завершиться, а при порогах выше уровня помех - положительный эффект от применения данного способа сводится на нет.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и помехозащищенности измерений, упрощение устройства, реализующего способ, а также расширение функциональных возможностей за счет реализации функции самодиагностики измерительных каналов и устройства в целом.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в способе измерения сопротивления изоляции двухпроводных цепей постоянного тока, находящихся под напряжением, в соответствии с которым первым измерительным каналом с известным входным сопротивлением производят поочередное измерение напряжений между каждым полюсом контролируемой цепи и шиной заземления, вторым измерительным каналом одновременно измеряют напряжение контролируемой цепи, при этом, после каждого подключения делают определенную выдержку времени для завершения переходных коммутационных процессов, в интервале кратном периоду наиболее вероятной помехи производят по “n” измерений с вычислением отношения напряжения на полюсе к напряжению контролируемой цепи, а общее сопротивление изоляции вычисляют по формуле:

где: - напряжение контролируемой цепи при i-том измерении и подключении к первому полюсу; - напряжение контролируемой цепи при j-том измерении и подключении к второму полюсу; , - соответствующие напряжения на первом и втором полюсах относительно цепи заземления; - входное сопротивление коммутируемого измерительного канала.

Кроме этого, в предлагаемом решении возможна реализация функции самодиагностики, а также коррекции результатов измерения за счет того, что в интервалах между измерениями сопротивления изоляции производят контроль измерительных каналов путем подключения входов первого измерительного канала к одной точке (шине заземления) 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 сопротивления изоляции по процедуре п.1 производят по формуле:

где: - указанное выше отношение.

Для реализации предлагаемого способа измерения сопротивления изоляции цепей постоянного тока устройство содержит микропроцессорный элемент, к входам/выходам последовательного интерфейса которого подключен блок приема/передачи измерительной и диагностической информации, к входу питания аналоговой части - прецизионный элемент стабилизации напряжения, к входам аналого-цифрового преобразования - выходы двух измерительных каналов, а два выхода соединены с входами узла коммутации, средние точки двух независимых групп переключающих контактов исполнительных элементов которых подключены к дифференциальным входам первого измерительного канала, по одному контакту из группы соединено с шиной заземления, а другие подключены к полюсам контролируемой цепи, с которыми соединены и дифференциальные входы второго измерительного канала.

Повышение точности достигается многократными одновременными измерениями и использованием в формулах расчета именно отношений мгновенных значений напряжений с суммированием (интегрированием) их в определенном временном интервале, с возможностью коррекции результатов по сравнению измерений одного и того же напряжения двумя каналами, а интегрирование в интервале кратном периоду наиболее вероятной помехи (периоду частоты питающей сети) дает повышение помехозащищенности результатов измерений. Дополнительно способ и устройство реализуют функцию самодиагностики измерительных каналов и устройства в целом, что особенно важно для автоматизированных систем, в которых возможно его применение.

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 - контролируемая цепь постоянного тока; 2 - узел коммутации; 3 - исполнительные элементы узла коммутации; 4 - две группы переключающих контактов узла коммутации; 5 - шина заземления; 6 - первый измерительный канал; 7 - второй измерительный канал; 8 - микропроцессорный элемент; 9 - прецизионный элемент стабилизации напряжения; 10 - блок приема/передачи измерительной и диагностической информации; 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 поочередно подключаемое к ним входное сопротивление (R0) первого измерительного канала. При подключении к первому полюсу уравнение для токов имеет вид:

или с учетом, что , получаем:

Аналогично, при подключении ко второму полюсу получаем второе уравнение:

или:

Суммируя по i(j) n уравнений 4 и 6, а затем суммируя их правые и левые части, имеем:

, откуда получаем формулу (1).

Решая систему исходных уравнений (3) и (5) относительно и , делая соответствующую подстановку вместо и , получаем формулы для расчета сопротивлений изоляции каждого полюса контролируемой цепи:

и

Или (для п.2 формулы изобретения):

и

В алгоритме работы устройства заложена функция передачи как общего сопротивлений изоляции, так и меньшего из значений R1 и R2 с указанием номера полюса, а также предупредительной информации о снижении общего сопротивлений изоляции ниже установленной нормы.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, изготовлено на печатной плате размером 30×80 мм, прошло комплекс испытаний, в том числе с повышенным уровнем помех (пульсаций) на контролируемой линии постоянного тока, и подтвердило хорошие метрологические характеристики.

1. Способ измерения сопротивления изоляции двухпроводных цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, в соответствии с которым первым измерительным каналом с известным входным сопротивлением производят поочередное измерение напряжений между каждым полюсом контролируемой цепи и шиной заземления, вторым измерительным каналом одновременно измеряют напряжение контролируемой цепи, при этом после каждого подключения делают определенную выдержку времени для завершения переходных коммутационных процессов, в интервале, кратном периоду наиболее вероятной помехи, производят по "n" измерений с вычислением отношения напряжения на полюсе к напряжению контролируемой цепи, а общее сопротивление изоляции вычисляют по формуле:

где U01i - напряжение контролируемой цепи при i-м измерении и подключении к первому полюсу;
U02j - напряжение контролируемой цепи при j-м измерении и подключении к второму полюсу;
U1i, U2j - соответствующие напряжения на первом и втором полюсах относительно цепи заземления;
R0 - входное сопротивление коммутируемого измерительного канала, причем сопротивление изоляции каждого полюса контролируемой цепи вычисляют по формулам:

2. Способ измерения сопротивления изоляции двухпроводных цепей постоянного тока, находящихся под рабочим напряжением, в соответствии с которым первым измерительным каналом с известным входным сопротивлением производят поочередное измерение напряжений между каждым полюсом контролируемой цепи и шиной заземления, вторым измерительным каналом одновременно измеряют напряжение контролируемой цепи, при этом после каждого подключения делают определенную выдержку времени для завершения переходных коммутационных процессов, в интервале, кратном периоду наиболее вероятной помехи производят по “n” измерений с вычислением отношения напряжения на полюсе к напряжению контролируемой цепи, при этом в интервалах между измерениями сопротивления изоляции контроль измерительных каналов путем подключения входов первого измерительного канала к одной точке (шине заземления) 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 (k), при выходе рассчитанных показателей за пределы установленных порогов, делают вывод о нарушении функционирования измерительных каналов, а в противном случае последующее вычисление сопротивления изоляции производят по формуле:

где U01i - напряжение контролируемой цепи при i-м измерении и подключении к первому полюсу;
U02j - напряжение контролируемой цепи при j-м измерении и подключении к второму полюсу;
U1i, U2j - соответствующие напряжения на первом и втором полюсах относительно цепи заземления;
R0 - входное сопротивление коммутируемого измерительного канала, причем сопротивление изоляции каждого полюса контролируемой цепи вычисляют по формулам:

3. Устройство измерения сопротивления изоляции двухпроводных цепей постоянного тока по предложенному способу, содержащее микропроцессорный элемент, к входам/выходам последовательного интерфейса которого подключен блок приема/передачи измерительной и диагностической информации, к входу питания аналоговой части - прецизионный элемент стабилизации напряжения, к входам аналого-цифрового преобразования - выходы двух измерительных каналов, а два выхода соединены с входами узла коммутации, средние точки двух независимых групп переключающих контактов исполнительных элементов которых подключены к дифференциальным входам первого измерительного канала, по одному контакту из группы соединено с шиной заземления, а другие подключены к полюсам контролируемой цепи, с которыми соединены и дифференциальные входы второго измерительного канала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется при контроле сопротивления изоляции электрических цепей постоянного тока относительно корпуса.

Группа изобретений относится к электроизмерительной технике и предназначена для использования в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами.

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 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