Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я)5 0 01 й 27/1 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СКОМУ СВИДЕТ А ТВ 0 6 д прот подк(56) Авторское свидетельство СССРМ 1183920,кл. 6 01 й 27/18, 1985,Карпиловский Л.Н,Импульсный способизмерения сопротивления изоляции сетейпостоянного тока и обесточенных сетей,Вопросы судостроения,сер, "Судовая электротехника и связь", 1977, вып.16,с,43-56.Авторское свидетельство СССРМ 408238, кл. 6 01 й 27/18, 1974.Авторское свидетельство СССРМ 534696, кл, б 01 В 27/18, 1975. Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к измерениям сопротивления изоляции электрических сетей, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных, причем напряжение сети может быть как постоянным, так и переменным.Известен способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей, заключающийся в том, что на сеть подают единичный скачок измерительного напряжения, фиксируют момент достижения указанным напряжением экстремума на импедансе изоляции, измеряют величину падения напряжения от активной составляющей полного тока измерительного напряжения на импедансе изоляции, находят ее(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛ Е КТРИЧ ЕСКИХ СЕТЕЙ (57).Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к измерению сопротивлений изоляции электрических сетей, находящихся под рабочим постоянным напряжением или обесточенных, Цель изобретения - сокращение времени измерения и повышение точности измерений в разветвленных электрических сетях с большой емкостью и изменяющейся структурой. Способ состоит в том, что производят заряд емкости сети относительно земли постоянным током неизменного значения до величины заданного значения напряжения, отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного напряжения заданного значения и проводят 3 измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерений с изменением полярности напряжений на емкостях сети, 2 ил,соотношение с опорной (эталонной) величиной падения напряжения от активной составляющей полного тока и определяют величину сопротивления изоляции по выведенной расчетной формуле, Основным достоинством данного метода является повышение быстродействия устройств измерения сопротивления изоляции.Однако повышение быстродействия способствует уменьшению погрешности измерения, так как уменьшает вероятность изменения как сопротивления изоляции, так и емкости сети иэ-за подключения и отключения потребителей во время измерения,Известен также способ измерения соивления изоляции, заключающийся в лючении к контролируемой сети вспо 17373635 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 турой,могательного источника постоянного напряжения, осуществлении его регулярной коммутации таким образом, чтобы моменты коммутации не были коррелированы с изменением напряжения контролируемой сети, и определении величины сопротивления изоляции сети по сумме значений напряжения в измерительной точке, измеренных в моменты, предшествующие коммутации. Способ характеризуется возможностью измерения сопротивления изоляции как обесточенных сетей, так и сетей, находящихся под постоянным или переменным напряжением.Однако данному способу присущ существенный недостаток, заключающийся в его малом быстродействии, Это обусловлено тем, что после каждой проведенной коммутации вспомогательного источника постоянного напряжения производить измерение напряжения в измерительной точке можно лишь через промежуток, достаточный для перезаряда емкостей сети, и лишь затем производить очередную коммутацию, Поскольку емкости сети могут достигать нескольких сот микрофарад, то время измерения сопротивления изоляции сети может достигать несколько десятков или даже сотен секунд, Это часто недопустимо, так как из-за возможности вероятного подключения или отключения потребителей во время измерения может появиться недопустимо большая погрешность измерения.Наиболее близким к изобретению является способ, реализованный в устройстве контроля сопротивления изоляции сетей постоянного тока, основанном на измерении тока утечки через изоляцию от вспомогательного источника питания постоянного напряжения. С целью сокращения цикла работы измерительного преобразователя введен второй вспомогательный источник постоянного тока, обеспечивающий совместно с дополнительной диагональю автоматическую компенсацию разбалансировки четырехплечевого моста схемы измерений. В мостовой схеме измерений сопротивления изоляции сети постоянного тока предполагается два этапа работы измерительного преобразователя; балансировка измерительного моста путем перемещения подвижного контакта потенциометра, подключенного к заземлителю, причем неподвижные контакты потенциометра подключены к полюсам контролируемой сети; измерение тока утечки под действием вспомогательного источника измерительного напряжения, включенного в диагонали измерительного моста после его балансировки,Сокращение цикла работы измерительного преобразователя согласно этому способу достигается за счет исключения из процесса измерений первого этапа работы - балансировки измерительного моста, С помощью датчика (выпрямитель тока в дополнительной диагонали моста - обмотки измерительного трансформатора) обеспечивается автоматическая балансировка измерительного моста. Это позволяет непрерывно получать сигналы о значении сопротивления изоляции по результатам оценки значения тока, протекающего под действием вспомогательного источника постоянного напряжения, В описании этот источник назван источником постоянного тока, что естественно, так как в обычной терминологии любой источник напряжения, в частности и аккумуляторные батареи, может быть назван источником постоянного тока.Однако здесь используется обычный источник постоянного стабилизированного напряжения под действием которого протекает ток утечки через изоляцию , определяемый по выражению= Е/В+ Ввн,где Е - напряжение вспомогательного источника;Йвн - сопротивление измерительной цепи измерительного преобразователя;й - искомое сопротивление изоляции, По шкале градуировки в зависимости от токаопределяется сопротивление изоляции К. Второй вспомогательный источник постоянного напряжения не несет специальной функции в формировании измерительного процесса; он предназначен для создания необходимых начальных условий работы суммирующего трансформатора. При применении устройств, основанных на этом способе, сокращается длительность цикла работы измерительного преобразователя, Однако в сетях, обладающих большой емкостью относительно земли(сотни микрофарад), рассматриваемый способ не обеспечивает необходимого быстродействия; при подключении любого приемника электроэнергии длительность переходного процесса в измерительной цепи может достигать десятков секунд.Цель изобретения - сокращение времени измерения и повышение точности измерений сопротивления изоляции в разветвленных электрических сетях с большой емкостью сети и изменяющейся струкПоставленная цель достигается тем, чтов способе измерения сопротивления изоляции электрических сетей, основанном на измерении тока утечки через изоляцию от вспомогательного источника постоянного измерительного напряжения, сначала производят заряд емкости сети относительно земли постоянным током неизменного значения до величины заданного значения напряжения, потом отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного напряжения заданного значения и проводят измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерений с изменением полярности напряжения на емкостях сети и обрабатывают результаты измерений, причем количество циклов измерений зависит от рода тока контролируемой сети,На фиг. 1 приведена схема, поясняющая принцип действия предлагаемого способа; на фиг,2 - пример реализующего способ устройства,Устройство состоит из ключа 1, соединенного с двумя ключами 2 и 3 и подключающего к сети один из источников 4 и 5 питания. Источники питания состоят из генераторов 6 и 7 тока и генераторов 8 и 9 напряжения. Эти источники питания подключаются к электрической сети, состоящей из источника 10 напряжения сети, нагрузки 11, сопротивлений 12 и 13 изоляции полюсов сети и емкостей 14 и 15 сети,Сущность предлагаемого способа состоит в следующем,С помощью ключа 1 к сети подключается источник 4 питания, а с помощью ключа 2 к сети подключается источник 6 тока, и начинается заряд емкостей сети, Как только напряжение в точке а достигнет величины напряжения источника 8 напряжения, с помощью ключа 2 к сети подключается источник 8 напряжения и производится изменение тока утечки . Этот ток утечки содержит две составляющие: "полезную", обусловленную влиянием источника 8 напряжения, и "мешающую", обусловленную влиянием источника 10 напряжения сети, Затем с помощью ключа 1 к сети подключают источник 5 питания, а в нем с помощью ключа 3 - источник 7 тока, и производят заряд емкостей сети до тех пор, пока напряжение в точке а не достигнет значения напряжения источника 9 напряжения. Далее подключают источник 9 и производят измерение тока утечки, Этот ток, также как и в предыдущем случае, содержит две составляющие, Так как полярности источников 8 и 9 напряжения и напряжения токов генераторов 6 и 7 токов противоположны, то, значит, и полезные составляющие измеренных токов имеют разные знаки, а мешающие составляющие(в случае постоянного напря 50 Е 2 ЕЗ221 )1 + Йив) 31 Й + Яиз)Если величина тока в предлагаемом способе выбрана такой же, как и максимальное значение тока в способе, взятом за прототип, т. е. ) = Е/В, то получимт 2=йизСррйжения сети 10) имеют неизменный знак и величину. Если теперь произвести вьчитание полных значений измеренных величин токов утечки, то получим, что полезные со ставляющие просуммируются, а мешающие вычтутся и станут равны нулю. В случае, если значения величин источников тока 6 и 7 и напряжения 8 и 9 равны, то при описанной операции вычитания произойдет удвое ние полезной составляющей тока, которая обратно пропорциональна сопротивлению изоляции сети, т, е, параллельному соединению сопротивлений 12 и 13. Таким образом, производя указанные операции, можно про изводить измерение сопротивления изоляции сетей.Покажем, что предложенный способ позволяет сократить время измерения сопротивления изоляции, В известном способе. 20 вспомогательное напряжение Е воздействовало на сеть через ограничительное сопротивление й и напряжение в измерительной точке изменялось по закону:т 1 2 Е )сс)=Е, " .1 - .е емД с). Измерение можно проводить после окончания переходных процессов, т, е. черезс 1 - БЕ//Риз) С ЕС д- " - 1) 30ИЗВ предлагаемом способе (фиг. 1) напряжение в измерительной точке изменяется по законуГЙ ист)=1 Е 1 - е е ) Подключение источника напряжения можно осуществлять, когда напряжение в измерительной точке достигнет (как и в предыдущем случае) уровня Е , т. е,Йиз 40В Йиз Йиз2 Еазиз(1 - е йиэсИЗ Преобразуя это выражение, получимй+йЕ 45й+Йиэ Используя разложение логарифмической функции в ряд, получимЕ12 = Янз С Ц-Е + - Е - 5(2)6 (В + Риз)Если выбрать величину тока 1 значительнобольше, чем значение Е/К, т. е.- , тоЕЕполучим,1 + 1 ( С 1 следовательно,В +Риз1,м Е12 -"нс-,- ---(з)Определим значения времени измерениядля всех трех случаев из выражений (1 - 3)при следующих параметрах сети; Е = 100 В,К = 10 кОм, Риз - 100 кОм, С = 100 мкф,= 1А (для третьего случая).Получимо = 4,5 с; тг = 0,9 с; т 2 = 0,009 с.Таким образом, предлагаемый способ измерения сопротивления изоляции позволяетсущественно (на несколько порядков) сократить время измерения. Причем целесообразно брать генератор тока большойвеличины (например, как в рассмотренномпримере в третьем случае), При этом черезвремя с 2 к сети подключается источник напряжения и производится измерение токаутечки, затем процесс измерения повторяется с изменением направления тока. генератора тока и изменением полярностинапряжения, Таким образом, весь процессизмерения сопротивления изоляции (припостоянном напряжении контролируемойсети) составит для принятых в примере значений величин примерно 20 мс, в то времякак в способе, взятом за прототип, он превысит 9 с.Вероятность, подключений и отключений потребителей в контролируемой сети затакой промежуток времени мала, что приводит к повышению точности измерения сопротивления изоляции.Кроме того, если, например, достаточноизмерять сопротивление изоляции не чаще,чем один раз в секунду, то при времениизмерения в 20 мс измерительное устройство подключается к сети лишь на 1/50 ч,времени работы сети, Таким образом, большую часть времени измерительное устройство к сети не подключено и сеть работает вестественном режиме, что существенно повышает надежность ее работы,Предлагаемый способ может быть реализован, например, устройством, принципиальная схема которого приведена на фиг,2,Устройство состоит из ключей 1,2 и 3, генераторов 4 и 5 тока, генераторов 6 и 7 напряжения, эталонных сопротивлений 8 и 9,устройства 10 сравнения, измерителей 11 и 12 тока утечки, вычислительного устройст 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ва 13, выходного устройства 14 и синхронизатора 15. Электрическая сеть состоит из источника 16 напряжения сети, нагрузки 17, емкостей 18 и 19 сети, сопротивлений 20 и 21 изоляции.Устройство работает следующим образом,Синхронизатор 15 с помощью ключей 1 и 2 подключает к контролируемой сети источник 4 тока, и начинается заряд емкостей сети 18 и 19, Как только напряжение в точке а достигнет заданного значения, равного значению напряжения источника 6, что определяется устройством 10 сравнения, ключ 2, управляемый устройством 10 сравнения, подключает к сети источник 6 напряжения, и производится измерение тока утечки , протекающего через источник 6 напряжения и эталонное сопротивление 8, Этот ток утечки создает падение напряжения на сопротивлении 8, которое измеряется измерителем 12 тока утечки, После проведения измерений синхронизатор 15 изменяет состояние ключа 1 таким образом, что через ключи 1 и 3 к сети подключается источник 5 тока, направление тока которого противоположно направлению тока генератора 4, и вновь происходит перезаряд емкостей сети, Как только напряжение в точке а достигнет значения напряжения, равного значению напряжения генератора 7 (обычно величины тока и напряжения соответственно генераторов 4 и 5 тока и генераторов 6 и 7 напряжения берут равными по абсолютной величине) устройство 10 сравнения с помощью ключа 3 подключает к сети генератор напряжения 7, и измеритель тока утечки 11 проиЗводит измерение падения напряжения на эталонном сопротивлении 9, которое пропорционально току утечки 1. Вычислительное устройство 13 формирует разность между двумя измеренными значениями тока утечки, а эта величина, как показано при описании способа, обратно пропорциональна (в случае постоянства напряжения контрол и руемой сети 16) величине сопротивления изоляции сети, что и отображается выходным устройством. Если напряжение сети переменное, то производится большее число описанных циклов измерения и в вычислительном устройстве 13 осуществляется суммирование результатов этих измерений, причем значение суммы однозначно определяет величину сопротивления изоляции сети, что и отображается выходным устройством.Испытания макетного образца, которые происходили в условиях, приближенных к натуральным, подтвердили правильность принятых технических решений, которые1737363 10 20 Фи 5 позволили сократить время измерения, повысить точность измерения сопротивления изоляции сети и повысить надежность работы контролируемой сети.Предлагаемый способ измерения со противления изоляции позволяет измерять ускоренно сопротивление изоляции сетей как обесточенных, так и находящихся под постоянным или переменным напряжением. Причем большую часть времени устрой ство измерения может быть не подключено к сети, что позволяет повысить надежность работы контролируемой электрической сети.Формула изобретения 15 Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей, основанный на измерении тока утечки через изоляцию от вспомогательного источника постоянного измерительного напряжения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сокращения времени измерения и повышения точности измерений в разветвленных электрических сетях с большой емкостью и изменяющейся структурой, производят заряд емкости сети относительно земли постоянным током неизменного значения до величины заданного значения напряжения, потом отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного напряжения заданного значения и проводят измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерений с изменением полярности напряжений на емкостях сети,1737363 Составитель К.СоломенцевТехред М,Моргентал едактор М,Келемеш Корректор О,Кундри Заказ 1888 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5