Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) (1 И 7 18 3(59 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3245080/18-21 3250771/18-21 02.02,8115.01.84. Бюл. Р Л.Н, Карпиловски.М. Машен 1,317,333(088,8 кое свидетельство-:ССС а 01 В 27/00,е свидетельство СССР 0 01 В 27/18 (прото(56) 1, Лвторс Р 426201, кл.2. Лвторско Р 664122, кл. тнп),3. Устройствч по п. 1, о т л итем, что блок по-. ойчивости выполнен аничителя и логи- И, первый вход коервым входом, а сего блока повыеесяпомехоусителя-огрэлементавляетсявыходом ающьааенияэ усилескогоороговыход ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬППФ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, содержащее генераторимпульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования пауз, блокопределения экстремума, причем вычислитель через аналоговый ключсоединен с индикатором, а входнойзажим - с одним выводом конденсатора непосредственно и через развязывающий блок с входом блока определения экстремума, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременнбм повышении помехоустойчивости, в него дополнительно введены блок фиксации мгновенных значений, блок повышения помехоустойчивости, элемент задержки и два запоминающих элемента, а блок определения экстремума выполнен в виде блока сравнения предйествующего и последующего значений, причем первыйвыход генератора импульсов соединенс вторым выводом конденсатора, выход блока определения экстремумасоединен с входом блока повышенияпомехоустойчивости, выход же блокаповышения помехоустойчивости соединен через элемент задержки с первымвходом генератора импульсов, через первый запоминающий элемент - с управляемым входом аналогового ключа, через второй запоминающий элемент - с первым входом .блока фиксации мгновенных значений, а через блок формирования пауз - с вторым входом генератора импульсов, вторым входом первого запоминающего элемен- та и вторым входом блока фиксации мгновенных значений, третий вход которого соединей с выходом развязывающего блока, четвертый вход соединен с управляемым входом блока повышения помехоустойчивости и с вторым выходом генератора импульсов, который через опорный резистор соединен с землей, а первый и второйвыходы блока фиксации мгновенных значений соединены с соответствующими входами вычислителя.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок фиксации мгновенных значений выполнен в виде двух каналов; состоящих из последовательно соединенных аналогового ключа и запоминающего элемента каждый, причем первый вход блока фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей, второй вход - с входами стирания запоминающих элементов, третий вход является входом первого аналогового ключа, четвертый .вход - входом второго аналового ключа, первый и второй выходы блока фиксации мгновенных значений является выходами первого и второго находящихся в этом блоке запоминающих элементов соответственно.1067451 10 15 20 25 30 4045 шения помехоустойчивости, второй вход логического элемента И соединен с выходом усилителя-ограничителя, вход которого является вторым входом блока повышения помехоустойчивости.4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, чтб блок определения экстремума содержит элемент временной задержки, элемент сравне-. Изобретение относится к измерению сопротивления изоляции элект-.рических сетей, в частности, элект"рических сетей постоянного тока исетей, не находящихся под напря"жением (обесточенных),Известно устройство Для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генераторимпульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ и индикатор 13.Однако это устройство имеет низкую точность и,помехоустойчивость,особенно в сетях, имеющих большиеи неизвестные в каждый данный момент времени емкости относительнокорпуса (земли). Это обусловленотем, что генератор импульсов выдает импульсы одинаковой и фиксированной длительности, которая в общем случае не является оптимальнойс точки зрения такого заряда емкостей сети, при котором ток в цепи измерительного сигнала носил бычисто активный характер и был бымерой величины активной составляющей импеданса изоляции, т,е, сопротивления изоляции. В связи с тем,что как величина емкости сети, таки величина сопротивления изоляцииопределяется номенклатурой и количеством подключенных к сети потребителей (и источников) энергии, а также условиями эксплуатации, то этивеличины изменяются в широком диапазоне и подобрать для них оптимальный по длительности импульс не представляется возможным, Низкая помехоустойчияость обусловлена отсутствием мер по защите от присутствующих в сети постоянного тока пульсаций и переменных составляющих.Известно также устройство дляизмерения сопротивления изоляцииэлектрических сетей, содержащеегенератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ,индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования пауз,ния и пороговый элемент, причемвход блока определения экстремумаявляется входом элемента временнойзадержки н первым входом элементасравнения одновременно, выход котоирого через пороговый элемент соединен,с выходом всего блока определе,ния экстремума, второй вход элемента сравнения соединен с выходом элемента временной задержки. 2блок определения экстремума (блок определения момента перехода емкост ной составляющей тока измерительного сигнал через нуль). Это устройство представляет собой адаптивную систему, в которой вырабатывается измерительный импульс оптимальной длительности для существующих в данный момент времени величин емкости и сопротивления изоляции сети, Методическая погрешность измерения сопротивления изоляции из-за наличия емкости сети сведена к нулю, так как в момент достижения экст. ремума измерительного напряжения на импедансе изоляции емкостная составляющая тока измерительного сигнала равна нулю 123.Недостатком устройства является необходимость обеспечения высокого быстродействия вычислителя из-за необходимости проведения операцийс быстроменяющимися значениями, что, как правило, связано с меньшей точностью вычислений из-за динамической погрешности и, как следствие, с понижением точности определения величины сопротивления изоляции. Кроме того, сравнительно низка помехозащищенность при наличии в сети постоянного тока пульсаций значительной величины, гармонических составляющих и помех.Цель изобретения - повышение точности измерения при одновремеином повышении помехоустойчивости.Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязывающий блок, вычислитель, блок формирования пауз, блок определения экстремума, причем вычислитель через аналоговый ключ соединен с индикатором, а входной зажим - с одним выводом конденсатора непосредственно и через раэвязывающий блок с входом блока определения экстре,мума, дополнительно введены блокфиксации (запоминания) мгновенныхзначений, блок повышения помехо- .устойчивости, элемент задержки идва запоминающих элемента, а блокопределения экстремума выполнен ввиде блока сравнения предшествующес и последующего значений, причемервый выход генератора импульсовсоединен с вторым выводом конденсатора, выход блока определенияэкстремума соединен с входом блока повышения,.омехоустойчивости,выход же блока повышения помехоустойчивости соединен через элемент задержки с первым входом генератора импульсов, через первый запоминающий элемент - с управляемымвходом аналогового ключа, черезвторойзапоминающий элемент - спервым входом блока фиксации мгновенных значений, а через блок формирования пауз - с вторым входомгенератора импульсов, вторым входомпервого запоминающего элемента ивторым входом блока фиксации мгновенных значений, третий вход которого соединен с выходом развязывающего блока, четвертый вход соединен с управляемьм входом блока повышения помехоустойчивости и с вторым выходом генератора импульсов,крторый через опорный резистор соединен с землей, а первый и второйвыходы блока фиксации мгновенныхзначений соединены с соответствующими входами вычислителя,Блок фиксации мгновенных значений выполнен в виде двух каналов,состоящих из последовательно соединенных аналогового ключа и запоминающего элемента каждый, причемпервый вход блока фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей, второй вход - с входами стирания запоминающих элементов, третий вход является входом первого аналоговогоключа, четвертый вход - входом вто.рого аналогового ключа, первыйи второй выходы блока фиксации мгновенных значений являются выходамипервого и второго находящихся вэтом блоке запоминающих элементовсоответственно. Блок повышения помехоустойчивости выполнен иэ усилителя-ограничителя и логического элемента И (либо ключа), первый вход которого является первым входом, а выход- ,выходом всего блока повышения помехоустойчивости, второй вход логического элемента И соединен с выходом усилителя-ограничителя, вход которого является вторым входом блока повышения помехоустойчивости.01525 Блок определения экстремума содержит элемент временной задержки,элемент сравнения и пороговый элемент, причем вход блока определення экстремума является входом элемента временной задержки и первым входом элемента сравнения одновременно, выход которого через пороговый элемент соединен с выходом всего блока определения экстремума, второй вход элемента сравнениясоединен с выходом элемента времен"ной задержки.На чертеже представлена функцио"нальная схема устройства,Устройство содержит генератор импульсов, опорный резистор 2, конденсатор 3, аналоговый ключ 4, индикатор 5, развязывающий блок 6,блок 7 определения экстремума (блок определения момента перехода емкостной составляющей тока измерительного сигнала через нуль),вычислитель 8, например блок деления, блок 9 формирования пауз, блок 10 фиксации мгновенных значений, блок 11 повышения помехоустойчивости, элемент .12 задержки, элементы 13 и 14 запоминания, входной зажим 15 и земляной зажим 16, при-чем первый выход генератора 1 импульсов соединен через конденсатор 3 с входным зажимом 15 и входомразвязываюцего блока 6, выход кото"рого соединен с входом блока 7 определения экстремума и третьим вхо дом блока 10 фиксации мгновенныхзначений. Выход блока 7 определенияэкстремума через блок 11 повышенияпомехоустойчивости соединен с первым входом запоминающего элемента13, который, например, может бытьвыполнен в виде статического триггера, с входом запоминающего элемента 14, который может быть выпол"нен, например, в виде одновибрато ра, с входами элемента 12 задержкии блока 9 формирования пауз. Выходэлемента 12 задержки соединен с первым входом генератора 1 импульсов,а выход блока 9 формирования паузсоединен с вторыми входами гецератора 1 импульсов, запоминающегоэлемента 13 и блока 10 фиксациимгновенных значений. Выход запоми"нающего элемента 13 соединен с управляемым входом аналогового ключа 4, а выход запоминающего элемента 14 соединен с первым входом блока 10 фиксации мгновенных значений.Второй выход генератора 1 импульсовсоединен с четвертым входом блока 60 10 фиксации мгновенных значений,с вторым входом блока 11 повышенияпомехоустойчивости и через опорныйрезистор 2 с земляным зажимом 16.Первый и второй выходы блока 10 фик"сации мгновенных значений соедине 1067451ны с соответствующими входами вычислителя 8, выход которого черезаналоговый ключ 4 соединен с индикатором 5.Блок 10 фиксации мгновенных значений может содержать аналоговыеключи 17 и 18 и запоминающие элементы 19 и 20. Первый вход блока 10Фиксации мгновенных значений соединен с управляемыми входами аналоговых ключей 17 и 18. Информацион Оный вход аналогового ключа 17 является третьим входом, а информационный вход аналогового ключа 18 четвертым входом блока 10 фиксациимгновенных значений. Выход аналогового ключа 17 соединен с первымвходом запоминающего элемента 19,а выход аналогового ключа 18 соединен с первым входом запоминающегоэлемента 20, Вторые входы (входы 20стирания) запоминающих элементов19 и 20 соединены с вторым .входомблока 10 Фиксации мгновенных значе-ий, а выходы запоминающих элементов 19 и 20 являются первым и втом выходами всего .блока 10 фиксации мгновенных значений соответственно,Блок 11 повышения помехоустойчивости может содержать усилительограничитель 21 и логический элемент И 22. Первый вход логическогоэлемента И 22 является пермью входом, а выход логического элементаИ 22 - выходом всего блока 11 повышения помехоустойчивости. Второйвход логического элемента И 22 через усилитель-ограничитель 21 соединен с вторым входом всего блока11 повышения помехоустойчивости.Блок 7 определения экстремума может быть выполнен из элемента 23временной задержки, элемента 24 сравнения и порогового элемента 25Входблока 7 определения экстремума соединен с входом элемента 23 временной задержки и первым входом элемента 24 сравнения, выход которогочерез пороговый элемент 25 соединен с выходом всего блока 7 определения э%стремума. Второй вход эле- с 0мевта 24 сравнения соединен с выходом элемента 23 временной задержки.Работа устройства происходитследующим образом.При запуске генератора 1 импульсоэ (который может представлять собой последовательно соединенные источник напряжения постоянного тока,и аналоговый ключ, (управляемый статическим триггером) на его выходах 60появляется единичный скачок измерительного напряжения, образующийпередний Фронт и вершину измерительного импульса. Этот сигнал черезопорный резистор 2 и конденсатор 3 65 поступает в контролируемую сеть.При этом след; ет отметить, что первоначальный запуск генератора 1импульсов может осуществляться подачей на его второй вход через конденсатор напряжения питания всегоустройства. Этот запуск общеизвестени графически не показан,Так как входное сопротивлениеразвязывающего блока 6 обеспечиваюточень высоким (много больше величины верхнего предела измерения сопротивления изоляции сети), такжекак и входное сопротивление на втором входе блока 11 повышения помехоустойчивости и на четвертом входеблока 10 Фиксации мгновенных значений, то величина напряжения измерительного сигнала на входном зажиме 15 устройства определяетсяглавным образом величиной импеданса изоляции сети - параллельнымсоединением сопротивления изоляциии емкости. сети, а на четвертом входе блока 10 фиксации мгновенныхзначений - величиной опорного резистора 2.Так как развязывающий блок 6предназначен только для передачинапряжения измерительного сигнала.на импедансе изоляции сети (скачка, приращения), то на его входевсегда находится разделительныйконденсатор. Если же весь развязывающий блок 6 реализован тольков виде конденсатора, тогда высокоевходное сопротивление обеспечиваюти на входе блока 7 определения экст,ремума, и на третьем входе блока 10фиксации мгновенных значений,Величины падения напряжения отизмерительного сигнала на импедансеизоляции сети и на опорном резисторе 2 непрерывно (при наличии измерительного сигнала) поступают натретий и четвертый входы блока 10фиксации мгновенных значений. Однако в связи с тем, что до получениясигнала о наступлении экстремуманапряжения измерительного сигналана импедансе изоляции (момента обращения в нуль емкостной составляющей тока измерительного сигнала),аналоговые ключи 17 и 18 в блоке 10Фиксации мгновенных значений разомкнуты (также как и аналоговый ключ4), то до этого момента эти значения измерительного напряжения непоступают на запоминающие .элементы19 и 20.Только в момент наступления экстремума падения напряжения от измерительного сигнала на импедансеизоляции на выходе блока 7 определения экстремума появляется сигнал,который поступает на вход блока 11повышения. помехоустойчивости и проходит на его выхОд благодаря присутствию на втором входе этого блока 11 сигнала с опорного резистора 2, несущего информацию о подаче измерительного сигнала в контролируемую сетьВ паузах между импульсами сигнал с выхода блока 7 определения экстремума пройти через блок 11 не может, так как отсутствует сигнал на втором входе блока 11 и на выходе логического элемента И 22 сигнал не появится, Все это повышает помехоустойчивость в паузах между измерительными сигналами.Сигнал с выхода блока 11 повышения помехоустойчивости, повторяющий информацию о наступлении момента равенства нулю емкостной составляю. щей тока измерительного сигнала, поступает на вход запоминающегс элемента 14, выполненного, например, в виде одновибратора, Одновибратор переходит в неустойчивое состояние и выдает сигнал на первый вход блока 10 Фиксации мгновенных значений, что вызывает замыкание аналоговых ключей 17 и 18, Время пребывания одновибраторав неустойчивом состоянии выбирается таким, чтобы обеспечить замыкание аналоговых ключей 17 и 18 и запись на запоминающие устройства 19 и 20 мгновенных значений падений напряжений измерительного сигнала на импедансе изоляции сети и опорном резисторе 2 в момент равенства нулю емкостной составляюцей тока измерительного сигнала. По истечении этого времени одновибратор возвращается в исходное состояние, и аналоговые ключи 17 и 18 размыкаются. Информация с выходом запоминающих элементов 19 и 20 блока 10 фиксации мгновенных значений поступает на соответствующие входы вычислителя 8, который может в этом случае быть выполнен более медленно действующим, а следовательно, более - точным, чем в прототипе, В вычислителе 8 выполняется операция нахождения отношения между падениями напряженияизмерительного сигнала на импедансе изоляции сети - Н и опорном резисторе 2 О сопротивление которого Р заве-. ЮдомО известно. Поэтому на выходе вычислителя 8 получают величину Оу 2%равную величине сопротивления (активной составляющей импеданса) изоляции. Так как сигнал с выхода блока 11 повышения помехоустойчивости одновременно с поступлением на вход запоминающего элемента 14 поступил и на вход запоминающего элемента 13, например. статического триггера, который управляет аналоговымключом 4, то это вызвало и замыкание аналогового ключа 4 . Поэтомусигнал с выхода вычислителя 8, соответствующий величине сопротивления изоляции сети, через аналоговый ключ 4 поступает на индикатор .".Сигнал с выхода блока 11 поступает также на вход блока 9 формироэания пауз и через элемент 12 задержки на первый вход генератора1 импульсов,Элемент 12 задержки введен длятого, чтобы обеспечить необходимое15 для записи мгновенных значенийнапряжений измерительного сигналавремя присутствия измерительногосигнала в измерительной цепи, так .как после появления сигнала на вы 20 ходе элемента 12 задержки (и, следовательно, на первом входе генератора 1 импульсов) э генераторе, 1импульсов формируется задний фронтизмерительного сигнала.По истечении априорно заданноговремени (после поступления сигналана вход блока 9 Формирования пауз),выбираемого из условия ьозвращенияцепи измерительного сигнала в исход.ное состояние, на выходе блока 9формирования пауз появляется сигнал, который поступает на второйвход генератора 1 импульсов, вызывая Формирование очередного единичного скачка измерительного напряжения, Начинается новый цикл измерения.Одновременно с этим сигнал свыхода блока 9 Формирования паузпоступает на второй вход блока 1040 мгновенных значений, т.е. на входыстирания запоминающих элементов19-20, и на второй вход (вход возврата в исход(ное состояние) запоминающего элемента 13. Это обеспе 45 чивает возвращение запоминающихэлементов 19, 20 и 13 в исходноесостояние (а также размыкание аналогового ключа 4) перед новым очередным циклом измерения.Достижение поставленной цели сточки зрения повышения точности измерения обусловлено фиксацией (запоминанием) величины мгновенныхзначений падения напряжения измерительного сигнала на импедансеизоляции и опорном рез. торе (резисторе 2), в момент обращенияв нуль емкостной составляющей токаизмерительного сигнала, Это даетвозможность повысить точность опре 60 деления, отношения интересующих величин, так как резко уменьшает динамические погрешности вычислителя(вычислителя 8),Кроме того, нахождение зкстрему 65 ма процесса путем сравнения егопредшествующего и последующего значений, разделенных во времени на минимально возможную величину, при использовании быстродействующих компараторов (элементов сравнения) при прочих равных условиях значитель но Слабее коррелировано со скоростью изменения процесса установления напряжения в переходном процессе, чем нахождение экстремума путем дифференцирования проЦесса. Это также способствует уменьшению инструмен" тальной погрешности нахождения экстремума и, следовательно, повышению точности измерения.Достижение поставленной цели с точки эрения повышения помехоустойчивости обусловлено тем, что благодаря компарированию двух величин(предшествующей и .последующей величин, сдвинутых на минимально допустимое время задержки), на каждуюиз которых накладывается помеха,действующая в измерительном тракте, 5 в какойто степени происходит квазисинфазное подавление этой помехи,дающее в сетях с повышенным уровнем помех возможность более точноопределять момент равенства нулю 10 емкостиой составляющей тока измерительного сигнала, чем при нахождении экстремума путем дифференцирования процесса. В паузах междуизмерительными сигналами вся ана лизирующая часть устройства заблокирована (из-за блока 11 повышенияпомехоустойчивости), что исключаетполучение ложной информации.