Способ определения сопротивления изоляции и емкости электрических сетей

союз советснихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ КРЕСПУБЛИК А 1 09) 111) С 01 К 27/18 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(57) Изотельной ован емкости судовыхизобрет ности о ния ред Сущ том, импед ти до ость способа заключае ьно подключа о параллсу изо лектрической еть единично ачи в.скачка полнит личие подают лельно р, фиксирует ельный резист сети" устано указанное на соединение,т достижения ым напряжени ичины падени й составляющ ельного сигиившегося режима, ряжение на паралчто обеспечивает экстремума измем увеличение опор- напряжения от моме итель ой вел ктивн полного то и уменьшен измери ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изОБРетениям и откРытиямПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЕМКОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСЕТЕЙ бретение относится к изме технике и может быть испол для определения изоляции и сети по отношению к земле сетей постоянного тока. Цсостоит в пбвышении т еления сопротивления и Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения сопротивления изоляции электрических сетей, и можетбыть использовано для определенияизоляции и емкости сети по отношениюк зеюе судовых сетей постоянноготока.Целью изобретения является иовышение точности определения сопротивления изоляции при одновременном повышении его быстродействия,На чертеже приведена блок-схема,устройства для реализации предлагае.мого способа. ляции приодновременном повышении его быстродействия, Способ заключается в том, что перед подачей единичного скачка измерительного напряжения в электрическую сеть подключают параллельно импедансу изоляции электрической сети дополнительный резистор, фиксируют наличие в исследуемой сети установившегося режима, после определения емкости контролируемой электрической сети определяют величину параллельного соединения сопротивления изоляции электрической сети и дополнительного резистора и определяют величину сопротивления изоляции элекКи Кк трической сети по формуле К = ---х К-Кк и где Ки - сопротивление параллельного соединения изоляции электрической сети и дополнительного резистора, Кк - сопротивление дополнительного резистора. измерительного напряжения до 1525617падейия напряжения от этой составляющей полного тока на импедансе изоляции сети,Измеряют падение напряжения отемкостной составляющей полного токаизмерительного напряжения на импедансе.-изаляции и величину опорного падения напряжения от этой составляющейФиксируют момент достижения экстремума измерительным напряжением наимпедансе изоляции сети, измеряют вэтот момент величину падения напряжения от активной составляющей полного тока и опорную величину падениянапряжения от этой, составляющей, определяют величину емкости сети, а затем определяют величину параллельногосоединения сопротивления изоляции сети и дополнительного резистора и наосновании этого определяют величинусопротивления изоляции сети по соответствующей Формуле.Значительное увеличение в моментдостижения экструмума измерительнымнапряжением опорной величины падениянапряжения от активной составляющейполного тока измерительного напряже-.ния позволяет, во"первых, значительно .улучшить отношение сигнал/помехаво-вторых, увеличение этого падениянапряжения и одновременное уменьшение падения напряжения от этой жесоставляющей полного тока измерительного напряжения на параллельном сое. динении импеданса изоляции и дополни, тельного резистора в указанный моментвремени позволяет уменьшить инстру,ментальную погрешность операции де,ление в вычислителе, так как эта 40, операция проводится с соизмеримымивеличинами. Таким образом, повьцпается точность измерения сопротивленияизоляции электрических сетей.В связи с тем, что после указанного подключения дополнительного резистора время достижения экстремумаизмерительным напряжением по предлагаемому способу уменьшается, уменьшается и общее время измерения, т,е.быстродействие измерения возрастает.Ослабление требований к величинЕ,.:входного сопротивления реализующихспособ устройств обусловлено тем,что априорное значение величины до 55полнительного резистора и постоянных,входных сопротивлений блоков устройства, на входы которых поступаетизмерительный сигнал, параллельных дополнительному резистору, дает возможность учесть эти величины при выделении из шунтированного дополнительным резистором импеданса изоляции собственно величины сопротивления изоляции электрической сети.Устройство содержит генератор импульсов, опорный резистор 2, конденсатор 3, аналоговый ключ 4, индикатор 5, развязывающий блок б, блок 7 определения экстремума, вычислитель. 8, блок 9 Формирования пауз, задатчик 10 времени снятия информации, аналоговые запоминающие элементы 11 и 12, индикатор 13, высокоомный повторитель 14 напряжения, аналоговые ключи 15-17, аналоговый запоминающий элемент 18, элемент 19 задержки, вычислитель 20, дополнительный резистор 21, вьиислитель 22, выключатель 23, блок 24 дифференцирования, индикатор 25, входной зажим 26, земляной зажим 27, контролируемую сеть 28 с сопротивлениями изоляции ьх х,х ) и емкостью сети С х (С Ч Сх).Первый выход генератора 1 импульсов через последовательно соединенные опорный резистор 2 и конденсатор 3 соединен с входным зажимом 26 устройства, второй выход генератора 1 импульсов через зажим 27 подсоединен к земле, первый управляемый вход генератора 1 импульсов соединен с выходом блока 9 Формирования пауз, а .второй управляемый вход генератора 1 импульсов соединен с выходом блока.определения экстремума, входом блока 9 Формирования пауз и четвертым входом первого вьиислителя 8, третий вход которого соединен с первым выходом генератора 1 импульсов, а второй вход - с первым выводом конденсатора 3 непосредственно и через по-ф следовательно соединенные высокоомный повторитель 14 напряжения, третий ключ 15 и аналоговый запоминающий элемент 11 с первым входом второго "вычислителя 20. Первый вход первого" 1 вычислителя 8 соединен с выходом развязывающего блока 6 и входом блока 7 определения экстремума непосредственно и через последовательно соединенные четвертый ключ 16 и аналоговый запоминающий элемент 12 с вторым входом второго вычислителя 20, выход которого через второй ключ 17 соединен с индикатором 13. Вход третьего вычислителя 22 соединен с выходом5 152561 первого, ключа 4, первый вход которогосоединен с вторым выходом первого вычислителя 8, а второй (управляемый)вход - с первым выходом первого вычислителя 8, выход третьего вычисли 5теля 22 соединен с входом индикатора5, выход блока 9 Формирования паузсоединен с вторыми входами аналоговыхзапоминающих элементов 11 и 12 и вто Орым входом аналогового запоминающего,элемента 18 непосредственно, а череззадатчик 10 времени снятия информации с управляемыми входами аналоговыхключей 15 и 16, входом элемента 19 15задержки, выход которого соединен спервым входом запоминающего элемента18, выход аналогового запоминающегоэлемента 18 соединен с вторым (управ-.ляемым) входом аналогового ключа 17, 20второй вывод конденсатора 3 соединенс входами развязывающего блока 6 иблока 24 дифференцирования непосредственно и через последовательно соединенные выключатель 23 и дополнительный резистор 21 с контуром заземления, выход блока 24 дифференцирования соединен с входом индикатора 25.Устройство работает следующим образом. 30После подключения устройства с помощью входного зажима 26 и исследуемой сети 28 и зажима 27 к земле замыкают выключатель 23, подключая к входному зажиму 26 дополнительный ре зистор 21. Завершение переходного процесса в сети 28,.вызванного подключением дополнительного резистора 21, определяется с помощью блока 24 дифференцирования и индикатора 25, 40 выведенного на переднюю панель устройства.При завершении переходного процесса в сети 28 сигнал с выхода блока 24 дифференцирования исчезает, и на индикаторе 25 появляется информация о том, что в сети 28 наступил, установившийся режим. После этого запускают генератор 1 импульсов, а информация с индикатора 25 готовйости 5 О в работе устройства уже не использу ется,так как она необходима только до запуска генератора. При запуске генератора 1 импульсов на его выходе появляется единичный скачок измеритель ного напряжения, образующий передний фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал через опорный резистор 2 и калиброванный конденса 6тор 3 поступает в контролируемуюсеть 28. Так как входное сопротивление развязывающего блока 6, блока24 дифференцирования и вычислителя8 достаточно большое, то величинанапряжения измерительного сигналана входном зажиме 26 устройства определяется параллельным соединениемвеличины дополнительного резистора21 и величины импеданса изоляции сети 28. Величина этого параллельногосоединения всегда меньше, чем падение измерительного напряжения только на импедансе изоляции сети 28, а1это уменьшает диапазон изменениясоотношений между падениями напряжения измерительного сигнала на импеданса изоляции сети 28 и опорномрезисторе 2, что позволяет определитьэти.соотношения с меньшими инструментальными погрешностями в вычислителе 8,Падение напряжения на параллельном соединении дополнительноге резистора 21 и импеданса изоляции сети28 через развязывающий блок б непрерывно поступает на первый вход вычислителя 8 и на вход блока 7 определения экстремума. Одновременно черезвторой и третий входы в вычислитель8 поступает информация о величинепадения напряжения измерительногосигнала на опорном резисторе 2, т.е,фактически информация о величинеполного тока измерительного сигнала.В момент достижения измерительнымсигналом на указанном параллельномсоединении дополнительного резистора21 и импеданса изоляции сети 28 экстремума, что определяется с помощьюблока 7 определения экстремума, емкостная составляющая тока измерительного сигнала обращается в нуль, авеличина полного тока определяетсяисключительно активной составляющей.Величина, параллельного соединениядополнительного резистора 21 и сопротивления К изоляции сети 28 в вычислителе 8 определяется по формулеКх Бкгде К---- сопротивление паралВ.+Яклельного соединения дополнительного сопротивления 21 исопротивления изоляции сети 28;1525 б 17 7П - падение измерительного на%гпряжения на указанном параллельном соединении;П "-падение измерительного на 5пряжения на опорном резисторе 23;К. - сопротивление. дополнительного резистора.Сигнал о наступлении экстремума 10с выхода блока 7 определения экстремума поступает одновременно на чет- . вертый вход вычислителя 8, на второй управляемый.вход генератора 1 импульсов и на вход блока 9 Формирования 15пауз.По этому сигналу на выходе генератора 1 импульсов Формируется задний фронт измерительного импульса, в блоке 9 формирования пауз начинается отсчет паузы, в вычислителе 8, на третий вход которого поступает информация о наличии импульса на выходе генератора 1 импульсов, вырабатывается сигнал, дающий разрешение на замыкание ключа 4, Указанный сигнал 1через первый выход вычислителя 8 поступает на второй вход аналогового , ключа 4. При замыкании ключа 4 инфор мация о величине параллельного соеди нения дополнительного резистора 21 и сопротивления изоляции сети 28 со второговыхода,вычислителя 8 через ключ 4 поступает на первый вход третьего вычислителя 22, в который заранее введенаинформация о величине дополнительного резистора 21.Устройство позволяет учесть внутреннее сопротивление блоков устройства. В этом случае в вычислитель 22 40 может вводиться величина, учитывающая не просто величину дополнительного резистора 21, а с учетом шунтирования ее входным сопротивлением устройства (развязывающего блока б), 45 входным сопротивлением блока 24 дифференцирования и входным сопротивлением вычислителя 8. К - сопротивление параллельногоКсоединения изоляции электрической сети и дополнительного сопротивления;Кг, - сопротивление дополнительного резистора,Определенная в вычислителе 22 величина сопротивления изоляции электрической сети с первого выхода вычислителя 22 поступает на вход индикатора 5. Таким образом, на индикатор 5 выводится информация о величине сопротивления изоляции К в контролируемой сети 28, определенная только после полного. заряда емкости Сгг сети 28 током измерительного сигнала, когда емкостная составляющая этого тока равна нулю.После Формирования паузы, необходимой для проведения устройства и его блоков в исходное состояние, с выхода блока 9 Формирования пауз на первый вход генератора .1 импульсов поступает сигнал, по которому на выходе генератора 1 импульсов формируется очередной единичный скачок измерительного напряжения, и начинается следующий цикл измерения.Принцип измерения емкости совпада,ет с техническим решением прототипа и заключается в следующем.Так как разделительный конденсатор 3 является калиброванным, а емкость Сг, сети 28, шунтирующую сопротивление изоляции Кг можно представить как делитель напряжения, падения нанряжения на плечах которого (особенно в начальный период времени, когда шунтирующее влияние сопротивления изоляции сети и параллельного ему дополнительного резистора пренебрежимо мало) обратно пропорционально величинам указанных емкостей, то, измерив падение напряжения измерительного сигнала на .конденсаторе 3 и емкости С (им" педансе изоляции сети), можно определить величину емкости С сети 28 по ФормулеВ вычислителе 22 определяется ис комая величина, сопротивления изоляции Кг сети 28 по ФормулеКиКк К таюте гг К-Кгде К - искомая величина сопротивхления изоляции электричес-кой сети,ПсСх Со фсгде С величина емкости разделительного конденсатора,"с,П - падения напряжения измеристельного напряжения в начале переходного процессаустановления измерительногонапряжения на разделительном конденсаторе 3 и импеданее изоляции сети 28.Указанная операция должна быть осуществлена в момент, когда шунтирующее влияние сопротивления изоляции сети 28 и параллельного ему до- полнительного резистора 21 на величину сопротивления емкости Ссети 28: измерительному сигналу незначительно, Как правило, это условие. соблюдается в начальный отрезок времени после подачи единичного скачка измерительно" го напряжения в.контролируемую сеть 28, когда активная составляющая тока измерительного сигнала близка к нулю или много меньше емкостной составляющей этого полного тока. Особенно это справедливо для сетей с большими емкостями относительно земли.Выбор времени й измерения падеюЪний измерительного напряжения на ем-. кости калиброванного заранее разде лительного конденсатора 3 и емкости Ссети 28 осуществляют заранее, исходя из диапазона величин сопротивления изоляции К, параллельного ему калиброванного сопротивления 21, и емкости Ссети 28, на измерение которых рассчитано устройство.Сигнал с выхода блока 9 формирования пауз, сформированный после завершения пауэыр поступает на первый управляемый вход генератора 1 импульсов для подачи в сеть 28 единичного скачка измерительного напряжения, на вход эадатчика 10 времени снятия инФормации, переводя его в неустойчивое состояние, и на вторые входы (входы стирания) аналоговых запоминающих элементов 11 и 12, переводя их в исходное состояние.При этом на управляемые входы за мыкающих ключей 15 и 1,6 поступает сигнал, вызывающий их замыкание. Вследствие этого на входы аналоговых запоминающих элементов 11 и 12 начинают поступать величины падения напряжения измерительного сигнала на конденсаторе 3 и емкости С сети 28 соответственно, Так как оба эти напряжения во времени увеличиваются, то в момент возвращения задатчика 10, времени снятия информации в исходное состояние ключи 15 и 16 размыкаются, на выходах аналоговых запоминающих элементов 11.и 12 фиксируются падения напряжения на конденсаторе 3 и емкости Ссети 28 в момент времени гкНапряжения с выходов аналоговых запоминающих элементов 11 и 12 поступают на соответствующие входы вычислителя 20, где определяется их отношение, на выходе вычислителя 20 появляется сигнал, пропорциональный величине емкости С сети 28. По сигналу с выхода задатчика 10 (при возвращении его в исходное состояние), прошедшему через элемент 9 задержки, запоминающий элемент 18 переходит в состояние "1", при котором замыкается ключ 17,.и информация о величине емкости сети и выхода вычислителя 20 поступает на индикатор 13.Введение элемента 19 задержкиобусловлено необходимостью выделения времени на проведение собственно вычислительных операций в вычислителе 20. При наличии нового цикла измерений по сигналу с выхода блока 9 формирования пауз запоминающий элемент 18 переводится в состояние "0, и ключ 17 разьикается.Наличие ключа 17 обусловлено необходимостью исключения передачи на индикатор 13 искаженной информации в моменты, в которые вычислительные операции еще не завершены.Формула и з о б р е т е н н яСпособ определения сопротивления изоляции и емкости электрических сетей, заключающийся в том, что подают в исследуемую сеть единичный скачок измерительного напряжения, в начале переходного процесса установления измерительного напряжения на импедансе изоляции сети измеряют падение напряжения от емкостной составляющей полного тока измерительного напряжения ,на импедансе изоляции и на эталонном, конденсаторе, измеряют в момент фиксацич достижения экстремума измерительным напряжением величину падения . напряжения от активной составляющей полного тока на импедансе изоляции и на эталонном конденсаторе и рассчитывают величину емкости сети, о т - л и.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения сопротивления изоляции при одновременном повышении его быстродействия, перед подачей едиьичного скачка измеСоставитель Д.Чучел Техред Л.Сердюкова орректор В,Кабаций едактор Т нов аз 7219/40 Тираж 714 ПодписноеЯ 1 И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 ул, Гагарина, 10 11Производственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужг 11 152561 рительного напряжения в электрическую еть подключают параллельно импедану изоляции электрической сети дополительный резистор, фиксируют наличиеисследуемой сети установившегося ежима, после определения емкости онтролируемой электрической сети пределяют величину параллельного содинения сопротивления изоляции элек рической сети и дополнительного реистора и определяют величину сопро 7 12тивления изоляции электрической сети по формуле Ки КкКФЮеюк,-в.фгде К - сопротивление параллельногоисоединения изоляции электрической сети и дополнительного резистора;К - сопротивление дополнительного резистора,