Способ контроля электрического сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса



Способ контроля электрического сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса
Способ контроля электрического сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса
Способ контроля электрического сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса
Способ контроля электрического сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса
Способ контроля электрического сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса

 


Владельцы патента RU 2602753:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий, отключенных от источника питания. На первом этапе при закороченных шинах между корпусом и шинами устанавливают тестовый сигнал, существенно превосходящий уровень помех, что позволяет проводить измерения параллельно соединенных сопротивлений изоляции обеих шин с высокой точностью. На втором этапе подключают первый источник низкого уровня между шинами электропитания, который обеспечивает быстрый заряд емкости нагрузки и нейтрализацию влияния активного сопротивления нагрузки на результаты измерений. При этом малый уровень сигнала исключает повреждение потребителей энергии по цепям питания. А второй источник сигнала подключают между корпусом и одной из шин, что обеспечивает высокую точность измерений сопротивления утечки. Технический результат заключается в возможности проведения контроля с минимальными энергетическими затратами, с высоким быстродействием и с минимальным влиянием помех. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется в процессах изготовления и эксплуатации систем, имеющих протяженную цепь системы электропитания, например, в самолето- и ракетостроении, кораблестроении и др. для улучшения контрольно-измерительных и защитных функций системы автоматики.

Сопротивление изоляции - это очень высокая величина, тем не менее изоляция зависит от многих эффектов, которые могут привести к его резкому снижению: механические повреждения, вибрация, чрезмерное тепло или холод, грязь, масло, и едкие пары влаги из воздуха или технологического процесса. Она может быть нарушена, например, в процессе монтажных работ на изделии либо из-за тряски в процессе транспортировки этого изделия.

Известен способ измерения сопротивления изоляции и защиты от замыканий на корпус силовых цепей тепловозов (патент РФ №2415445). Суть его в том, что изменяют конфигурацию измеряемой цепи путем шунтирования и производят ряд замеров измеряемой цепи, при котором в начале измерения производят замеры потенциалов разных участков цепей по отношению к корпусу, потом шунтируют участок цепи резистором известного номинала и измеряют значения потенциалов тех же участков цепей в установившемся режиме, а по этим параметрам рассчитывают сопротивления изоляции отдельно положительной и отрицательной цепей, одновременно постоянно контролируют распределение напряжений между полюсами цепи и корпусом, и при снижении одного из этих напряжений до значения, близкого к нулю, при условии, что другое напряжение находится в диапазоне выше ранее выбранного порога, считают, что произошел пробой изоляции соответствующей цепи и принимают решение об осуществлении защиты путем снятия возбуждения с генератора, питающего силовую цепь.

Недостатками известного способа являются невозможность контроля параметров изоляции при отсутствии напряжения питания, из-за существенного влияния параметров выключенного источника питания (емкостной и активной составляющих) и сложность реализации устройства.

Известен способ измерения сопротивления изоляции, описанный в патенте РФ №2180124, суть которого 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 аналога являются существенное влияние параметров выключенного источника питания (емкостной и активной составляющих) и низкая помехозащищенность, так как для выделения короткого импульса в месте измерения требуется фильтр с широкой полосой пропускания частот.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявленного изобретения, является наличие операции подключения между контролируемыми цепями тестового сигнала.

Причинами, препятствующими получению технического результата, являются наличие влияния на измеряемую цепь путем подключения измерительных резисторов и большой цикл измерения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока (патент РФ №2384855). Суть его состоит в том, что к полюсам цепи постоянного тока подключают два резистора. Другие два резистора подключают параллельно нагрузке. В место соединения резисторов между собой подключают измерительную цепь, состоящую из последовательно включенных источника измерительного напряжения и измерителя тока. Источник напряжения подключают к поочередно изменяемой полярности полюсов. Определяют эквивалентный измерительный ток как половину суммы двух абсолютных по величине значений токов, измеренных последовательно по времени при разной полярности источника напряжения и определяют сопротивление изоляции по соответствующей формуле.

Недостатками прототипа являются большая погрешность контроля параметров изоляции, которая появляется из-за существенного влияния параметров выключенного источника питания (емкостной и активной составляющих), большие энергозатраты, так как между шинами питания при выключенном источнике питания может оставаться низкоомная нагрузка, и большое время измерения, так как между шинами питания может быть эквивалентная емкость до 0,1-1,0 Ф.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа контроля электрического сопротивления изоляции шин электропитания объекта относительно корпуса, обеспечивающего контроль с минимальными энергозатратами, с высоким быстродействием и высокой разрешающей способностью.

Технический результат достигается за счет того, что основная операция контроля - измерение эквивалентного сопротивления включенных параллельно сопротивлений изоляции шин, выполняется с минимальными энергозатратами при тестовом сигнале, обеспечивающем минимальную погрешность от влияния помех и без участия больших емкостей между шинами питания. А измерение сопротивления изоляции между корпусом и шиной контролируется при наличии компенсирующего сигнала низкого уровня.

Это достигается путем того, что процесс контроля сопротивления изоляции дополнен операциями измерения различных конфигураций схемы, а подключение компенсирующего сигнала низкого уровня между шинами питания повышает точность измерения и сокращает время выполнения процедуры контроля в целом.

При исследовании патентной и другой научно-технической информации заявителем не были обнаружены источники, в которых были бы приведены сведения о технических решениях, содержащих совокупность отличительных признаков предлагаемого способа. При этом известны технические решения, содержащие отдельные признаки заявляемого объекта, однако свойства и эффект, которые указанные признаки сообщают этим объектам, иные, чем в предлагаемом решении, поэтому указанные отличия являются существенными.

Суть изобретения заключается в том, что при проверке изоляции шин питания на корпус в обесточенном состоянии используются процедуры, позволяющие существенно снизить влияние на процесс контроля наличия между шинами больших фильтрующих емкостей и малого активного сопротивления, изменяющихся в широком диапазоне, что существенно искажает результаты, увеличивает энергозатраты и удлиняет время измерения.

Эквивалентная схема контролируемого объекта (КО) приведена на фиг. 1а),

где +F и -F - положительная и отрицательная шины электропитания, соответственно, к которым подключены потребители энергии и источник энергии,

R0 - эквивалентное сопротивление суммарного сопротивления всех потребителей, подключенных между положительной и отрицательной шинами питания и внутреннего сопротивления источника питания (в отключенном состоянии),

С0 - эквивалентная суммарная емкость всех потребителей, подключенных между положительной и отрицательной шинами питания и фильтрующих емкостей источника питания (в отключенном состоянии),

R1 и R2 - эквивалентное сопротивление изоляции относительно корпуса шины +F и шины -F, соответственно, всех потребителей энергии, подключенных к источнику электропитания,

С1 и С2 - эквивалентная емкость, между корпусом и шинами +F и -F, соответственно, от всех потребителей энергии, подключенных к источнику электропитания,

К - корпус изделия.

Между шинами электропитания подключены все потребители, (сопротивление которых может колебаться в диапазоне от 1 до 100000 и более Ом), которые шунтированы фильтрующими емкостями (до 0,5-1,0 Ф) R0 и C0.

На фиг.1б) приведена эквивалентная схема первого цикла измерения КО,

где Е0 - источник тестового сигнала,

ДТ - датчик тока, который измеряет ток, формируемый источником Е0 и эквивалентной нагрузкой параллельно включенных R1 и R2, С1 и С2,

L - перемычка, подключенная между шинами +F и -F и шунтирующая R0 и С0.

На фиг. 1в) приведена эквивалентная схема второго цикла измерения КО,

где Е - первый источник, подключение которого исключает влияние («нейтрализует») на процесс измерения R0 и С0,

Uk - второй источник тестового сигнала для измерения R1 или R2.

На фиг. 2 приведена в качестве примера схема устройства, поясняющая принцип действия предлагаемого способа, на фиг. 3 приведена блок-схема алгоритма реализации способа измерения сопротивления изоляции шин электропитания от корпуса, а на фиг. 4 приведена зависимость значений эквивалентного сопротивления Rэ от R1 и R2.

На фигуре 2 приняты следующие обозначения.

1 - контролируемый объект,

1.1 - эквивалентное сопротивление изоляции первой шины,

1.2 - эквивалентное сопротивление изоляции второй шины,

2 - первая шина электропитания,

3 - шина корпуса,

4 - вторая шина электропитания,

5, 12, 13, 14 и 15 - ключи, обеспечивающие подключение соответствующих сигналов к шинам,

6 - аналого-цифровой преобразователь АЦП,

7 - блок управления и вычисления,

8 - регистратор,

9 - цифроаналоговый преобразователь ЦАП,

10 - регистр управления ключами,

11 - датчик тока,

16 - источник компенсирующего напряжения,

17 - шина «Пуск».

На фигуре 3 приняты следующие обозначения.

1 - начать процесс контроля;

2 - определить исходные условия для проведения контроля: допустимое значение сопротивления изоляции по каждой шине Rд1 и Rд2 (например, Rд1>Rд2), и время контроля Тк;

3 - объединить шины перемычкой L;

4 - подать тестовый сигнал (напряжение) Ео>Е между корпусом и шинами F1 и F2;

5 - измерить реакцию Iо на тестовое воздействие;

6 - вычислить Rэ по формуле: Rэ=Ro/Iо;

7 - сравнить Rэ с допустимым Rд1 и

если Rэ>Rд1, то перейти к п. 15, а

если Rэ≤Rд1, то перейти к п. 8;

8 - сравнить Rэ с Rд2 и,

если Rэ≤Rд2, то перейти к п. 15, а

если Rэ>Rд2, то перейти к п. 9;

9 - установить между шинами F1 и F2 вместо перемычки L напряжение Е;

10 - установить между корпусом и первой шиной фидера тестовый сигнал (напряжение) Uк;

11 - измерить реакцию Iк на тестовый сигнал Uк;

12 - вычислить R1 по формуле: R1=Е/((Iк+(Е-Uк/Rэ)) (При условии, что Е=Uк, то формула упрощается до R1=Uк/Iк);

13 - сравнить R1 с Rд1 и,

если R1<Rд1, то перейти к п. 15, а

если R1≥Rд1, то перейти к п. 14;

14 - сравнить R1 с величиной, вычисленной по формуле

Rд2*Rэ/(Rд2-Rэ) и,

если R1≤Rд2*Rэ/(Rд2-Rэ), то перейти к п. 16, а

если R1>Rд2*Rэ/(Rд2-Rэ), то перейти к п. 15;

15 - установить признак выхода за поле допуска;

16 - сравнить текущее время контроля Т с заданным временем завершения контроля Тк и,

если Т<Тк, по перейти к п. 5, а,

если Т≥Тк, по перейти к п. 17;

17 - завершить процесс контроля изоляции шин электропитания.

Способ измерения изоляции шин питания реализуется на примере устройства, приведенного на фиг.2, в котором между корпусом 3 и шинами питания 2 и 4 контролируемого объекта подключены сопротивления изоляции 1.1 и 1.2, значения которых равны эквивалентному сопротивлению реальных сопротивлений изоляции нагрузок, подключенных к шинам электропитания КО 1. Шина 2 соединена с входами первого 5, второго 12 и третьего 13 ключей, и первым входом АЦП 6, второй вход которого подключен к информационному выходу датчика тока 11. Выход датчика тока 11 соединен с выходом первого ключа 5, а вход - с первым выходом ЦАП 9, второй выход которого подключен к шине корпуса 3. Вход блока 7 соединен с выходом АЦП 6, второй вход - с шиной Пуск 17, а первый выход блока 7 подключен со входом ЦАП 9. Второй выход блока 7 соединен с входом регистратора 8 и с входом регистра управления ключами 10, первый выход которого подключен к входу управления первого ключа 5, второй подключен к управляющим входам второго 12 и пятого 15 ключей, а третий - к управляющим входам третьего 13 и четвертого 14 ключей. Выходы третьего 13 и четвертого 14 ключей соединены между собой, выходы второго 12 и пятого 15 ключей подключены к выходам блока 16, а входы ключей 14 и 15 соединены со второй шиной 4 КО 1.

Работает устройство по алгоритму, приведенному на фигуре 3, реализующему предложенный способ. В исходном состоянии входы устройства подключены к шинам питания и корпуса контролируемого объекта, эквивалентная схема которого приведена на фиг. 1а). (Величины R0 и С0 могут изменяться в широких диапазонах и существенно влиять на результаты контроля при измерениях по известным способам.) По команде «Пуск» замыкаются ключи 5, 13 и 14, тем самым объединяются шины фидера между собой, и между корпусом 3 и шинами 2, 4 подключается через датчик тока 11 формирователь тестового сигнала ЦАП 9, задающего уровень тестового сигнала. Эквивалентная схема приведена на фиг 1б). Блок 7 заносит в ЦАП 9 величину тестового сигнала, а АЦП 6 преобразует в цифровую форму значения физических величин тестового сигнала Е0 и сигнала датчика Iк0, которые передает в блок 7. Блок 7 вычисляет значение эквивалентного сопротивления Rэ по формуле Rэ=Eо/Iко и сравнивает Rэ с допустимыми значениями изоляции по каждой из шин (см. фиг. 3) Rд1 и Rд2. По результатам сравнения блок 7 либо завершает цикл измерения, записав в регистратор 8 результат контроля, либо меняет конфигурацию схемы путем подачи через регистр 10 команды размыкания ключей 13 и 14 и замыкания ключей 12 и 15 (см. фиг. 1в)). Между шинами электропитания 2 и 4 оказывается приложен тестовый сигнал Е (это, например, напряжение существенно меньше напряжения питания, до 1В, и поэтому потребление от него будет минимальным). В ЦАП 9 блок 7 заносит значение тестового сигнала Uк, которое подается через датчик тока 11 между корпусом 3 и первой шиной 2 (в нашем случае между корпусом 3 и шиной 2, а можно подать тестовый сигнал между корпусом 3 и шиной 4).

АЦП 6 преобразует в цифровую форму значения физических величин тестового сигнала Uк и сигнала датчика Iк, которые передает в блок 7. Блок 7 вычисляет значение эквивалентного сопротивления R1 по формуле:

R1=Е/((Iк+(Е-Uк/Rэ)). Причем, если выбрать Uк таким, чтобы он был равен Е, то формула упрощается до R1=Uк/Iк);

Блок 7 проверяет выполнение условий

Rд1<R1<Rд2*Rэ/(Rд2-Rэ)

(или Rд2<R2<Rд1*Rэ/(Rд1-Rэ), если будет подан тестовый сигнал между корпусом 3 и шиной 4, и измерено сопротивление изоляции R2).

По результатам сравнения блок 7 завершает очередной цикл процедуры контроля, записав в регистратор 8 результат контроля, и переходит к следующему циклу, если текущее время контроля Т меньше заданного времени выполнения контроля Тк.

Фиг. 4 иллюстрирует, где находится зона значений Rэ, при которых значения сопротивлений изоляции обеих шин будет выше допустимых значений Rд1 и Rд2

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что авторами было проведено моделирование процессов контроля и уже разработан и опробован макет устройства, реализующего этот способ.

Таким образом, предлагаемый способ контроля электрического сопротивления изоляции шин питания относительно корпуса обеспечивает контроль с минимальными энергозатратами, с высоким быстродействием и высокой точностью.

Способ контроля электрического сопротивления изоляции шин электропитания относительно корпуса путем подключения между корпусом и контролируемой шиной тестового сигнала, измерения сигнала реакции на это воздействие и сравнения результата с допустимым, отличающийся тем, что на первом этапе замыкают шины фидера перемычкой, подают между корпусом и шинами тестовый сигнал высокого уровня, достаточный для исключения влияния помех, измеряют реакцию на тестовое воздействие и вычисляют значение параллельного соединения сопротивлений изоляции шин относительно корпуса, которое сравнивают с допустимым, а на втором этапе между шинами фидера подключают первый источник низкого уровня сигнала, обеспечивающий ускоренный заряд емкостей при малом сопротивлении нагрузки и установление небольшой разности потенциалов между шинами, безопасной для блоков, представляющих нагрузку фидера, а между одной из шин и корпусом подключают другой источник, выходной сигнал которого может быть равен первому или отличаться от него; по величине реакции на воздействие второго источника вычисляют значение сопротивления изоляции одной шины относительно корпуса и проверяют выполнение условий
Rд1<R1<Rд2*Rэ/(Rд2-Rэ) или
Rд2<R2<Rд1*Rэ/(Rд1-Rэ),
где R1 и R2 - сопротивление изоляции шин электропитания относительно корпуса, соответственно;
Rд1 и Rд2 - минимально-допустимое сопротивление изоляции шин электропитания относительно корпуса, соответственно;
Rэ - эквивалентное сопротивление параллельно соединенных R1 и R2,
и на основании результатов проверки которых делают вывод о качестве изоляции шин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока, находящихся под напряжением и изолированных от земли.

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.

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.

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».

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.

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.

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.

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.
Наверх