Устройство контроля сопротивления изоляции

1597770 Составитель 1 О.МинкинТехред Л,Олийнык Корректор Т.Малец Редактор Н.ЯцолаЗаказ 3051 Тираж 555 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 1011597770 5 10 Гная большой емкостью конденсатора 4.1, а нормально замкнутые контактные группы 6, 1 О, 13 и 16 реле 7 обеспечивают подключение к выходу источника 14 измерительного напряжения низкоомного делителя напряжения, образованного низкоомными резисторами 8 и 1.1, причем нижнее плечо делителя, образованное резистором 8, шунтирует на корпус исследуемую Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначено для автоматического контроля сос/тояния изоляции объектов, содержащих большое количество электрически ра зобщенных цепей, зашунтированных конденсаторами.Цель изобретения - повышение помехозащищенности.На фиг,1 приведена структурная 25 схема устройства контроля сопротивления изоляции; на фиг.2 - функциональная схема блока сравнения; на фиг.3 - функциональная схема переключающего блока; на фиг.4 - функциональная схема ключевой схемы; на фиг.5 - функциональная схема задатчика выдержки времени; на фиг.6 - функциональная схема блока задержки; на фиг.7 временные диаграммы работы устройства и его основных узлов; на фиг.8 - схема, илюстрирующая путь прохождения тока утечки от источника первичного питания.Устройсяо контрол сртиеня 40 изоляции содержит клеммы 1,1 - 1.К для подключения объекта 2 контроля, содержащего К исследуемых цепей 3.1- З.К, зашунтированных конденсаторами 4.1-4.К соответственно. Клеммы 1.1- 45 1;К для подключения объекта 2 контроля подключены к соответствующим К входам переключающего блока 5, первый (сигнальный) выход которого через последовательно соединенные нормально замкнутую контактную группу 6 реле 7 и низкоомный резистор 8 соединен с общей шиной. Первый выход переключающего блока соединен также с первым входом блока 9 сравнения и через последовательно соединенные нормально замкнутую контактную группу 10 и реле 7 и ниэкоомный резистор 11 - с вторым входом блока 9 сравнения. Второй вход цепь 3.1. Пройдя через элемент НЕ 30,сигнал обнуляет также триггер 26,который готовит элемент И 18 для пропускания сигналов с выхода блока 9сравнения. Устройство содержит такжезадатчик 25 времени выдержки, источник 17 опорного напряжения, дешифратор 34, блок, 35 сигнализации, сигнальные индукторы 31 и 32. 8 ил,блока 9 сравнения через хронирующийконденсатор 12 соединен с общей шиной,а через нормально замкнутую контактную группу 13 реле 7 - с положительным плюсом источника 14 измерительного напряжения, третий вход блока9 сравнения соединен через хронирующий конденсатор 15 с общей шиной, ачерез нормально замкнутую контактную группу 16 реле 7 - с положительным полюсом источника 17 опорногонапряжения. Отрицательные полюса источников 14 и 17 напряжения соединены с общей шиной, выход блока 9 срав-,нения соединен с первым входом элемента И 18, выход которого соединенс вторым входом элемента ИЛИ 19, выход которого соединен с (К+1) -й(управляющим) входом переключающегоблока 5, входом блока 20 задержкии вторым входом 21 ключевой схемы22, первый вход 23 которой соединенс выходом блока 20 задержки, первыйвыход 24 ключевой схемы 22 череззадатчик 25 выдержки времени соединен с установочным Б-входом КБ-триггера 26, второй выход 27 ключевойсхемы 22 соединен с первым выводомобмотки реле 7, второй вывод которой соединен с общей шиной. Шина 28обнуления соединена с (К+2)-й входом(установки нуля) переключающего блока5 и третьим входом (установки нуля)ключевой схемы 22. Шина 29 запускасоединена с первым входом элементаИЛИ 19, а через элемент НЕ 30 сК-входом КБ-триггера 26, ИнверсныйЯ выход триггера 26 соединен с вторым входом элемента И 18 и с первымвыводом сигнальной лампочки 31, прямой Я выход триггера 26 соединен спервым выводом сигнальной лампочки32, вторые выводы сигнальных лампочек соединены с положительной шиной15977 70 второй - третим входом (установкинуля) ключевой схемы 22, а выход через элемент НЕ 47 соединен с К-входомКЯ-триггера 49, установочный Я-входкоторого через элемент НЕ 48 соединенс первым входом 23 ключевой схемы 22.База транзистора 50 через резистор52 соединена с прямым Я-выходом КЯтриггера 49, коллектор транзистора50 является первым выходом 24 ключевой схемы 22, а коллектор транзистора 51 является вторым выходом 27 ключевой схемы 22, Задатчик 25 выдержкивремени (фиг,5) содержит элементНЕ 57, одновибратор 58 с внешнимивремязадающими резисторами 59 и конденсатором 60, одновибратор .61 свнешними времязадающими резистором62 и конденсатором 63.Блок 20 задержки (фиг.б) содержитодновибратор 64 с внешними времязадающими резистором 65 и конденсатором 66, одновибратор 67 с внешнимивремязадающими резистором 68 и конденсатором 69.Устройство контроля сопротивленияизоляции работает следующим образом.После подачи сигнала на шину 28обнуления счетчик 44 переключающегоблока 5 обнуляется, на выходах 45, 145. (Ь+1) дешифратора 45 присутствуют сигналы уровня логической "1",все реле 46 обесточены и их нормально разомкнутые контакты 46.2-46 Ьне подключают ни одну из исследуемых цепей 3. 1-3.К объекта 2 контроляк первому входу блока 9 сравнения.Кроме того, обнулена ключевая схема22 по третьему входу (установки нуля),обеспечивая срабатывание КЯ-триггера49 в такое состояние, когда на егопрямом Я-выходе сигнал уровня логического "0". При этом транзисторы50 и 51 кпючевой схемы 22 будут закрыты, реле 7 обесточено, а на первомвыходе 24 ключевой схемы 22 будетсигнал уровня логической "1". Приобесточенном реле 7 к выходам источников 14 и 17 измерительного и опорного напряжений соответственно будут подключены хронирующие конденсаторы 12 и 15, которые в период нахождения нормально замкнутых контактных групп реле заряжаются до величины напряжений указанных источников 14 и 17.После поДачи сигнала "Пуск" на шину 29 запуска, на первый вход 533 питания, М информационных входов дешифратора 34 соединены с соответствующими М информационными выходами переключающего блока 5, а М выходов дешифратора 34 соединены с соответствующими Н входами блока 35 сигнализации.Блок 9 сравнения (фиг,2) содержит компаратор 36 с высокоомными резисторами 37 и 38 на входах, В качестве нагрузки используется резистор 39,Переключающий блок 5 (фиг.З) содержит элемент ИЛИ 40, элементы НЕ 41 и 42, одновибратор 43, двоично-десятичный счетчик 44 с подключенным на выходе дешифратором 45 двоично-десятичного кода в десятичный код, имеющий (Ь+1) выходов 45.1 - 45 (Ь+1).К Ь выходам дешифратора 45 подключены первые выводы обмоток реле 46, вторые выводы которых соединены с положительной шиной питания. Последний (Ь+1)-й выход дешифратора 45 подключен через элемент НЕ 41 к первому входу элемента ИЛИ 40, второй вход которого соединен с (К+2)-м входом (установки нуля) переключающего блока 5, а выход через одновибратор 43 соединен с обнуляющим входом счетчи О ка 44, счетный С-вход которого соединен с (К+1)-м (управляющим) входом переключающего блока 5 через второй элемент НЕ 42. Переключающиеся контакты каждого реле 46, соединенные З 5 вместе, образуют сигнальный выход переключающего блока 5, а замыкающиеся контакты - входы от 1 до К. Выходы двоична-десятичного счетчика кроме того образуют информационные 40 выходы от 1 до М переключающего блока 5. Одновибратор 43 предназначен для формирования импульса обнуления уровня логической "1" заданной длительности из сигналов, поступающих 45 либо с (К+2)-го входа (установки нуля) переключающего блока 5, либо с (Ь+1)-го выхода дешифратора 45 через первый элемент НЕ 4 1. Дешифратор 45 преобразует двоично-десятичный 50 код счетчика 44 в десятичный код типа "бегущего нуля"Ключевая схема 22 (фиг.4) содержитэлементы НЕ 47 и 48, КЯ-триггер 49, транзисторы 50 и 51, резисторы 52-54, 55 обеспечивающие заданные режимы работы транзисторов, демпфирующий диод 55, элемент ИЛИ 56, первый вход которого является входом 21 ключевой схемы 22, 1597770 элемента ИЛИ 19, на его выходе (фиг.7 в) появляется импульсный сигнал уровня логической "1" с длительностью, определяемой временем подачи сигнала "Пуск", который поступает на вход блока 20 задержки, а также на (К+1)-й (управляющий) вход переключающего блока 5 и далее через связанный с ним элемент НЕ 42 - на счетный С-вход 10 счетчика 44. В результате воздействия переднего Фронта этого импульса запуска на первом входе 45.1 дешифратора 45 появляется сигнал уровня логического "0", обеспечивающий срабатывание реле 46.1 (фиг.7 л) и подклю" чение к первому входу блока 9 сравнения исследуемой цепи 3.1, зашунтированной большой емкостью конденса" тора 4.1. При этом нормально замкну тые контактные группы 10, 13 и 16 реле Т, находящиеся в исходном состоянии, как показано на Фиг.1, обеспечивают подключение к выходу источника 14 измерительного напряжения 25 низкоомного делителя напряжения, образованного низкоомными резисторами 8 и 11, причем нижнее плечо делителя (резистор 8) шунтирует на корпус исследуемую цепь 3.1. В резуль тате происходит ускоренный заряд емкости конденсатора 4.1, шунтирующего исследуемую цепь 3.1, через низкоомный резистор 11.Кроме того, сигнал "Пуск", про" ходя через элемент НЕ 30, обнуляет КБ-триггер 26, который своим выходным сигналом уровня логической "1" на инверсном Я-выходе (фиг,7 г) готовит элемент И 18 для пропускания сиг налов с выхода блока 9 сравнения,Заряд шунтирующего конденсатора 4.1 происходит до величины напряжения (фиг,7 п), определяемого низкоомным делителем напряжения и соответствующего значению менее опорного напряжения (на величину абсолютной погрешности устройства). Опорное напряжение подается на третий вход блока сравнения и связанный с ним инвертирующий вход компаратора 36.Спустя непродолжительное время, установленное в блоке 20 задержки (фиг,7 з), в течение которого полностью производится ускоренный заряд шунтирующего конденсатора 4.1, на выходе блока 20 задержки Формируется импульсный сигнал уровня логической "1", (Фиг,7 и), который поступает на первый вход 23 ключевойсхемы 22. Этот положительный импульсный сигнал, пройдя через элементНЕ 48, обеспечивает опрокидываниеКБ-триггера 49 в ключевой схеме 22таким образом, что на его выходе появляется сигнал уровня логической"1" (фиг. 7 д), обеспечивающий срабатывание транзистора 50 и 51 ключевойсхемы 22. В результате открываниятранзистора 51 срабатывает реле 7.При этом все четыре нормально замкнутые контактные группы 6, 10, 13 и 16реле 7 размыкаются, в результате чегоот второго и третьего входов блока 9сравнения отключаются выходы источников измерительного 14 и опорного 17напряжений, но остаются указанныевходы блока 9 сравнения под напряжением заряженных хронирующих конденсаторов 12 и 15. Кроме того, из-за размыкания нормально замкнутых контактных групп 6 и 10 реле 7 объект 2контроля отключается от воздействиянизкоомного резисторного делителянапряжения и исследуемая цепь 3,1предоставляется на установление в нейфактического напряжения путем дозаряда шунтирующего конденсатора 4.1через высокоомный резистор 37 блока9, соответствующего реальной величине сопротивления изоляции (Фиг.7 п) .В результате открывания транзистора50 в ключевой схеме 22 на ее первомвыходе 24 (связанном с коллекторомтранзистора 50) появляется сигналуровня логического "0" (фиг.7 е), который запускает задатчик 25 выдержкивремени. Последний устанавливаетсяна предельно возможнуюпродолжительность выдержки времени (фиг.7 м),обеспечивающую полное завершениепереходного зарядного процесса в исследуемой цепи 3.1. В период шунтирования и сразу после расшунтирования исследуемой цепи 3. 1 на выходеблока 9 сравнения имеется сигналуровня логического "0" (фиг.7 р), чтосоответствует признаку пониженногосопротивления изоляции относительнозаданного порогового уровня, определяемого (в период шунтирования цепи)источником 17 опорного напряжения ивысокоомным резистором 38 блока 9сравнения. В период расшунтированияисследуемой цепи от воздействия низкооомного резисторного делителя напряжения (в период контроля сопротив 1597770 Оления изоляции) в устройстве одновременно отключаются от второго и третьего входов блока сравнения соответственно источники 14 и 17 измерительного и опорного напряжений. Следовательно, в период расшунтирования заданный пороговый уровень определя ется высокоомным резистором 38 и имитатором источника 17 опорного напря О жения - хронирующим конденсатором 15, заряженным в период обесточенного реле 7 (названного периодом шунтирования). Отключение от второго и третьего входов блока 9 сравнения 15 (в период контроля сопротивления изоляции) источников 14 и 17 измерительного и опорного напряжений соответственно при обеспечении контроля сопротивления изоляции за счет 20 напряжений, имеющихся на заряженных конденсаторах 12 и 15, позволяет устранить причины появления наводок от первичной сети переменного тока путем разрыва токов утечек, протекающих через высокоомные резисторы 37 и 38 блока 9 сравнения и соизмеримые величины межобмоточного сопротивления изоляции силового трансформатора (фиг.8), 30Если сопротивление изоляции исследуемой цепи больше допустимого порога, то спустя некоторое время, затраченное на дозаряд шунтирующего конденсатора 4.1 от хронирующего 35 конденсатора 12 (имитирующего источник 14 измерительного напряжения) через высокоомный резистор 37 в блоке 9 сравнения (фиг.7 а), на его выходе появляется сигнал уровня логической 40 "1" (фиг.7 р) по времени ранее окончания контроля, которое определяется задатчиком 25 выдержки времени (фиг,7 ф),Этот сигнал поступает на (К+1) -й 45 (управляющий) вход переключающего блока 5, на вход блока 20 задержки и на второй вход 21 ключевой схемы 22 через первый вход открытого элемента И 18 и второй вход элемента 50 ИЛИ 19 (фиг.7 с,в). Передний фронт этого .сигнала считывается счетчиком 44 переключающего блока 5, далее информация счетчика дешифрируется таким образом, что на выходе дешифратора 45 происходит сдвиг сигнала уровня логического "О" с первого 45.1 на второй 45.2 выход, тем самым обесточивается реле 46. 1 и срабатывает реле 46.2 в переключающем блоке 5 (фиг.7 л,м). Таким образом, происходит отключение первой исследуемой цепи, изменяется выходной сигнал блока 9 сравнения на уровень логического "О" (фиг .7 п) и подключается вторая исследуемая цепь, у которой шунтирующий конденсатор 4.2 разряжен. Изменение выходного сигнала блока 9 сравнения с уровня логической "1" при контроле предыдущей исследуемой цепи с допустимым сопротивлением изоляции до уровня логического "О" (фиг.7 п) при отключении этой цепи и подключении .следующей, у которой шунтирующий конденсатор разряжен) способствует образованию на выходе блока 9 сравнения импульсных сигналов уровня логической "1", которые, проходя через элементы И 18 и ИЛИ 19, являются запускающими импульсами блока 20 задержки, обнуляющими для ключевой схемы 22 и счетными для счетчика 44 в переключающем блоке 5 (фиг.7 р, с,в). Таким образом, происходит досрочное окончание цикла контроля первой исследуемой цепи и переход блоками переключения 5, задержки 20, ключевой схемы 22 и эадатчиком 25 вы-держки времени к контролю очередной цепи.После обнуления ключевой схемы 22 импульсным сигналом, поступающим на второй вход 21, на выходе КБ-триггера 49 устанавливается сигнал уровня логического "О", (фиг.7 д), который обеспечивает запирание транзисторов 50 и 51 и обесточивание реле 7. Тогда снова происходит подключение выходов источников измерительного 14 и опорного 17 напряжений к второму и третьему входам блока 9 сравнения, а также к хронирующим конденсаторам 12 и 5 соответственно для их заряда. В случае, когда сопротивление изоляции исследуемой цепи меньше допустимого значения, сигнал уровня логического "О" на выходе блока 9 сравнения сохраняется в течение всего периода, определяемого задатчиком 25 выдержки времени (фиг.7, п,т). В конце периода выдержки времени с выхода задатчика 25 (выхода Ц второго одновибратора 61) поступает импульсный сигнал уровня логического "О" (фиг.7 ф) свидетельствующий о том, что за время, определяемое задатчиком 25, напряжение на исследуемой цепи не достиглопорогового уровня (фиг. 7 п), т. е. сопротивление изоляции этой цепи, например третьей, меньше заданного допустимого значения. При формировании выходного импульса задатчиком 25 выдержки времени ЕБ-триггер 26 опрокидывается и на его выходах Я иустанавливаются сигналы уровней соответственно логического "О" 10 (Фиг. 7 г) и логической "1". При этом гаснет сигнальная лампочка 32 "В норме", загорается лампочка 31 "Меньше" (Фиг.7 ц), регистрирующая заниженное сопротивление изоляции исследуемой 15 цепи. Кроме того, сигнал с выхода Я ВБ-триггера 26 уровня логического 11 1О закрывает элемент И 1 8 для пр охождения через него и зл емент ИЛИ 1 9 очередных импульсных сигналов с вы хода блока 9 сравнения . Происходит останов автоматического контроля сопротивления изоляции . Счетчик 44 в переключающем блоке 5 фиксирует свое состояние , а дешифратор 3 4 и 25 блок 3 5 сигнализации регистрируют номер цепи с забракованным сопр отивл ени ем и э оля ции .Для обеспечения продолжения автоматич ес ког о контроля остальных и с - 30 следуемых цепей подачей сигнала "Пуск " на шину 29 (фиг , 7 б ) КБ-т ри г г ер 26 снова устанавливается в исходное состояние , На ег о выходах Ц и Я устанавли ваются сигналы уровней с оот 35 ветственно логической " 1" (фиг.7 г) и логического "О". При этом гаснет сигнальная лампочка 31 "Меньше" и загорается лампочка 32 "В норме". Кроме того, сигнал с выхода Я КБ-триггера 0 26 уровня логической "1" снова обеспечивает разрешение прохождения через элемент И 18 .очередных импульсных сигналов с выхода блока 9 сравнения,Задатчик 25 выдержки времени формирует на своем выходе (выходе Я одновибратора 6 1) задержанный импульсный сигнал только в том случае, если во время формирования задержки одно- вибратором 58, на его входе не произойдет изменение сигнала с переходом в исходное состояние с низкого на высокий уровень. Если же во время Формирования задержки одновибратором 58, на его входе произойдет изменение сигнала в исходное состояние, то одновибратор 6 1 закрывается по К-входу инвертированным сигналом низкого уровня. Следовательно, при появлении на выходе блока 9 сравнения сигнала уровня логической "1" (соответствующего признаку сопротивления изоляции исследуемой цепи более заданного предела) до момента окончания выцержки времени задатчика 25, на его выходе не будет формироваться импульс уровня логического "О" (фиг.7 а), поэтому КБ-триггер 26 по-прежнему будет находиться в исходном состоянии, при котором на его Ц-выходе сохраняется сигнал уровня логической "1", обеспечивающий прохождение через эле" менты И 18 и 19 сигналов уровня логической "1" с выхода блока 9 сравнения при контроле очередных исследуемых цепей (фиг.7 р,с,в) .Одновременно с переключением исследуемых цепей производится регистрация их номеров в виде цифр на блоке 35 индикации, работающем от дешифратора 34, подключенного к информационным выходам счетчика 44 в переключающем блоке 5.Разрыв цепи тока утечки через межобмоточное сопротивление изоляции полностью устраняет причины, появления наводок первичной сети на входах, а значит и на выходе блока сравнения, вследствие чего повышается помехозащищенность устройства.Формула и з обр ет енияУстройство контроля сопротивления изоляции, содержащее источники измерительного и опорного напряжений,К клемм для подключения К исследуемых цепей, зашунтированных конденсаторами, последовательно соединенныепереключающий блок, блок сравненияи элемент И, последовательно соеди. -ценные элемент ИЛИ, блок задержки, ключевую схему и задатчик выдержкивремени, а также реле, К клемм дляподключения объекта контроля соединены с соответствующими К входами переключающего блока, первый выход которого через последовательно соединенные первую нормально замкнутую контактную группу реле и первый низкоомный резистор подключен к общей шине, а через последовательно соединенные вторую нормально замкнутую контактную группу реле и второй низкоомный резистор - с- вторым входом блока сравнения, второй вход элемен 1597770та ИЛИ соединен с шиной запуска,выход элемента ИЛИ соединен с вторымвходом ключевой схемы и с (К+1)-м(управляющим) входом переключающегоблока, второй выход ключевой схемысоединен с первым выводом обмоткиреле, второй вывод которой соединенс общей шиной, шина обнуления соединена с третьим входом ключевой схемыи (К+2)-м входом переключающего блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения помехозащищенности,в него введены дешифратор, блок индикации, два хронирующих конденсатора,два сигнальных индикатора, элементНЕ, КБ-триггер и третья и четвертаянормально замкнутые контактные группы реле, положительный полюс источника измерительного напряжения через 2 Отретью нормально замкнутую контактную группу реле соединен с вторымвходом блока сравнения, и первойобкладкой первого хронирующего конденсатора, положительный полюс источника опорного напряжения через четвертую нормально замкнутую контактную группу реле соединен с третьимвходом блока сравнения к первой обкладкой второго хронирующего конденсатора, вторые обкладки первого ивторого хронирующих конденсаторови отрицательные полюсы источниковизмерительного и опорного напряженийсоединены с общей шиной, шина запуска через элемент НЕ соединена сК-входом Ы-триггера, Я-вход которого соединен с выходом задатчикавыдержки времени, инверсный Ч-выход -с вторым входом элемента И и с первымвыводом первого сигнального индикатора, а прямой Я-выход - с первымвыводом второго сигнального индикатора, вторые выводы сигнальных индикаторов соединены с положительной шинойпитания, И информационных входов дешифратора соединены с соответствующи"ми И выходами переключающего блока,Я выходов дешифратора соединены сЯ входами блока сигнализации.