Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей

. д) 4 С 01 К 27/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Бай СССР977.ССР 1981. РЕНИЯ СОКТРИЧЕСКИХ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОЫИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗЛЕСЕТЕЙ(57) Изобретение может быть использовано для измерения сопротивленияизоляции электрических сетей постоянного тока с повьппенным уровнемпульсаций и однофазных сетей переменного и переменно-постоянноготоков, имеющих эквивалентную схемуэлектрической сети в виде трехпараллельно включенных цепей из двухпоследовательно соединенных резис 801224743 торов, конденсаторов и источникасигнала постоянного или переменноготоков, Общие точки соединения резисторов и конденсаторов должныбыть соединены с корпусом (заземлены). Цель изобретения - повышениеточности измерений и расширениефункциональных возможностей достигается введением в устройство опорных резисторов 2 н 3, конденсатора5, сумматора 4, развязывающегоблока 13, фильтра-сумматора 15 иблока 6 уравнивания напряженийпеременного тока, выполненного наконденсаторах 9 и 20. Кроме того.,устройство содержит генераторимпульсов, конденсатор 4, ключ 6,индикатор 7, блок 8 определенияэкстремумов, вычислитель 9, формирователь О пауз, элемент 11 задержки, развязывающий блок 12, клеммы17 и 18 для подключения сети,3, зи, ф-лы3 нл4 О 1 12247Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока с повышенным уровнем пульса 5 ций и однофаэных сетей переменного и переменно-постоянного токов, имеющих эквивалентную схему электрической сети в виде трех параллельно включенных цепей из двух последовательно соединенных резисторов, конденсаторов и источника сигнала по. стоянного и/или переменного токов, при этом общие точки соединения резисторов и конденсаторов соединены с корпусом (землей).Цель изобретения - повыщение точности измерений в сетях постоянного тока и расыирение функциональных возможностей устройства за счет обес. печения измерений в однофазных сетях переменного и переменно-постоянного токов .На Фиг, изображена структурная схема предлагаемого устройства с блоком уравнивания напряжений переменного тока, выполненного в статическом варианте; на Фиг,2 - то же, с блоком уравнивания напряжения переменного тока, выполненного в динамическом варианте; на фиг.З - вариант выполнения блока управления устройства по структурной схеме на фиг.2.Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов, опорные резисторы 2 и 3, конденсаторы 4 и 5, ключ 6, индикатор 7, блок 8 определения экстремума, вычислительный блок 9 блок 10 формирования пауз, элемент 11 задержки, развязывающие блоки 12 и 13, сумматор 14, Фильтр-сумматор 15, блок 16 уравнивания напряжений переменного тока, первая 17 и вторая 18 клеммы устройства для подключения контролируемой электрн 45 че ской сети, Блок 1 6 урав нив ания напряжений переменного тока выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов 19 и 20.ОПервый выход генератора 1 импуль- .О сов соединен с корпусом устройства, а второй выход генератора 1 импульсов через последовательно соединенные опорный резистор 2 и конденсатор 4 соединен с. входной клеммой 17 и 1 ф входом развязывающего блока 12, а через последовательно соединенные опорный резистор 3 и конденсатор 5 На фиг,1 и 2 блок определения экстремума выполнен в виде элемента сравнения, первый вход которого яв" ляется входом блока определения экстремума, а второй вход - соединен с первым входом через линию задержки, выход элемента сравнения соединен с входом порогового элемента, выход которого является выходом блока определения экстремума.Вычислительный блок 9 представляет собой делительный блок, определяющий сопротивление К изоляции электрической сети в соответствии с математическим выражением1.)аК ="- Кх ) г фаггде )1 а - напряжение на импедансеизоляцииеОа - напряжение на опорномрезисторе 2;Е - значение сопротивлениярезистора 2.Аналогичное математическое выражение используется для определениясопротивления изоляции по цепи рези-стора 3.Блок 10 формирования пауз выполнен в виде одновибратора (ищущиймультивибратор).5Развязывающие блоки 12 и 13 могут быть выполнены в виде конденсаторов.Фильтр-сумматор 15 выполнен в ви 1де сумматора токов, на операционномусилителе.Устройство (фиг.1) работает сле"дующим образом,При запуске генератора 1 импульсов на его выходе появляется единичный скачок измерительного напряжения,образующий передний фронт и вершинуизмерительного импульса. Этот сигналчерез опорные резисторы 2 и 3 .с одинаковыми сопротивлениями и равныепо емкости конденсаторы 4 и 5 поступает в исследуемую сеть, Так каквходное сопротивление сумматора 14(при выполнении развязывающих блоков12 и 13 в виде конденсаторов) иливходное сопротивление развязывающихблоков 12 и 13 обеспечивается большим, то величина напряжения измерительного сигнала на клеммах 17 и 18устройства определяется, главнымобразом, параллельным соединениемсопротивлений изоляции и емкостейполюсов (фаз) сети и выходных емкостей конденсаторов 19 и 20 устройства. Это напряжение через раэвяэывающие блоки 12 и 13 непрерывно поступает на входы фильтра-сумматора 15сетевых токов, Одновременно на входы фильтра-сумматора 15 сетевыхтоков в противофазе поступают равные(или примерно равные) напряжения, 1224743 50 тока, так как в этом последнем случае между входами фильтра-сумматора 15 включен источник этих сигналов). 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 вызываемые присутствующими в контролируемой сети пульсациями, гармониками и другими составляющими напряжения переменного тока, из которогосоздается напряжение контролируемойсети постоянного тока, а для случаяконтроля состояния изоляции однофазной сети переменного тока - напряжения, определяемые рабочим напряжением контролируемой сети. Равенство указанных напряжений переменного тока, поступающих одновременно с падениями напряжения от измерительного сигнала на фильтр-сумматор 15 сетевых токов, обеспечивается с помощью блока 16 уравниваниянапряжений переменного тока. Этодостигается тем, что емкости конденсаторов 19 и 20 выбираются равными между собой и примерно на порядок больше емкости каждого из полюсов (фаз) контролируемой сетиотносительно корпуса (земли), чтопрактически обеспечивает равенствопотенциалов (напряжений) переменноготока на полюсах (фазах) сети относительно корпуса (земли), Так .как измерительный сигнал поступает нафильтр-сумматор . 15 сетевых токов вфазе (т.е. с одним знаком), а сигна"лы переменного тока из сети в противофазе, то фактически фильтр-сумматор 15 сетевых токов подавляетпомеху переменного тока и выделяеттолько полезный, измерительный сигнал. При этом величина падения напряжения измерительного сигнала наимпедансе изоляции при прохождениичерез фильтр-сумматор )5 сетевыхтоков не изменяется, так как обавхода фильтра-сумматора 15 дляизмерительного сигнала (из-за пренебрежимо малого внутреннего сопротивления )1 источника энергии сети)фактически представляют одну электрическую точку (в отличие от случаев суммирования) токов сети, опреде.ляемых пульсациями, гармониками идругими составляющими переменного Роль сумматора 14, когда на его входы поступают с выходов опорных резисторов 2 и 3 (датчиков тока) в фазе падения напряжения на этих резисторах от измерительного сигнала и в про" тивофазе падения напряжения на опорныхрезисторах 2 и 3 от переменных токовв контролируемой сети, заключаетсяв том, что в сумматоре 14 помехаподавляется, а падения напряжения 5от измерительного сигнала суммируются, характеризуя величину полноготока измерительного сигнала в цепиизмерительного сигнала.Таким образом, благодаря введению в устройство блока 16 уравнивания напряжений переменного тока,сумматора 14, Фильтра-сумматора 15сетевых токов, второго опорного резистора 3 и второго развязывающего 15блока 13 на вычислительный блок 9и блок 8 определения экстремума потупают сигналы, у которых отношениесигнал/помеха значительно выше, чгоповышает точность измерения и расширяет область применения устройстваВ момент достижения напряжениемизмерительного сигнала на клеммах17 и 18 экстремума, что определяется,с помощью блока 8 определения экстремума, емкостная составляющая токаизмерительного сигнала обращаетсяв нуль и величина полного тока измерительного сигнала определяетсяисключительно его активной состав- ЗРляющей, Сигнал об этом с выходаблока 8 определения экстремума поступает одновременно на управляемыйвход ключа 6 и на вход блока 10формирования пауз, а через элемент11 задержки - на второй управляемыйвход генератора 1 импульсов. Поступление указанного сигнала на управля-.емый вход ключа 6 ведет к его замыканию и поступлению на вход индикатор;Л7 с выхода вычислительного блока 9информации о величине сопротивленияизоляции контролируемой сети (котораяможет непрерывно вырабатываться в вычислительном блоке 9 и до наступления экстремума в виде частного отделения величины напряжения измерительного сигнала на клеммах 17 и 18на величину суммы падений напряженияизмерительного сигнала на опорныхрезисторах 2 и 3, но которая соответствует истине только в момент наступления экстремума).Поступление сигнала о достиженииэкстремума через элемент 11 задержки на второй управляемый вход генератора 1 импульсов вызывает Форми 1 рование заднего фронта измерительного импульса. Элемент 1 задержки вводится для того, чтобы обеспечить присутствие на некоторое время падений напряжений измерительного сигнала на импедансе изоляции сети и опорных резисторах уж после достижения эестремума. Это время должно лишь немного превышать время срабатывания кпюча 6,Поступление сигнала о достижении экстремума на вход блока 10 формиро-. вания пауз приводит к Формированию времени паузы между измерительными сигналами (что необходимо для приведения устройства и его блоков в исходное состояние), после чего с выхода блока 10 Формирования пауз на первый управляемый вход генератора 1 импульсов поступает сигнал, по которому на втором выходе генератора 1 импульсов Формируется очередной единичный скачок измерительного напряжения (передний Фронт и вершина импульса и начинается новый цикл измеренийУстройство (фиг.2)работает следующим образом.Еа первом этапе происходит уравнивание величин емкостей полюсов (фаз) контролируемой сети с помощью конденсатора 23 регулируемой емкости, а затем (после завершения уравнивания) начинается вышеописанный процесс измерения сопротивления изоляции путем подачи в контролируемую сеть измерительного сигнала. В этом случае нача ло второго этапа, т,е, подача в контролируемую сеть единичного скачка напряжения, осуществляется подачей на первый управляемый вход генератораимпульсов сигнала не непосредственно с выхода блока 10 формирования пауз, а с выхода логического элемента И 21, первый вход которого соединен с выходом блока 10 Формирования пауз, а второй вход через проводник 22 - с выходом блока 16 уравнивания напряжений, который является четвертым выходом блока 28 управления, Сигнал на выходе последнего появляется лишь при достижении равенства напряжений переменного тока на полюсах (фазах) сети по отношению к корпусу (земле). Именно одновременное наличие указанного сигнала на втором входе элемента И 2 и потен.циального сигнала на выходе блока 10 Фоомирования пауз (исчезающего30 40 7 12247с выхода блока 10 в период формирования паузы и появляющегося на немпосле завершения ее формирования,т,е.по истечении заданного времени послепоявления сигнала о достижении экстремума) дает возможность осуществлятьподачу в контролируемую сеть единичного скачка измерительного напряжения.Устройство на первом этапе работает следующим образом. 10Сигналы с выходов измерителей 25и 26 напряжения переменного токасравниваются на элементе 27 сравнения и в зависимости от соотношениямежду ними в блоке 28 управления15(фиг.З) срабатывает пороговый элемент 30 положительной полярности илипороговый элемент 31 отрицательнойполярности, что ведет к подключениювыхода переключателя 24 к первому20или второму его входу. Затем сигналрассогласования с выхода элемента 27сравнения, пройдя через усилитель 32рассогласования блока 28 управления,через первый его выход поступает на 25вход исполнительного элемента 29,который начинает изменять величинуемкости конденсатора 23 таким образом, чтобы уменьшить сигнал рассогласования, При снижении сигналарассогласования ниже наперед заданного уровня работа исполнительногоэлемента 29 по изменению емкостиконденсатора 23 регулируемой емкостипрекращается, а на выходе нуль-органа 33 появляется сигнал, которыйнесет информацию о завершении процесса уравнивания емкостей и напряженийпеременного тока. Этот сигнал поступает на четвертый выход блока 28управления и, следовательно, навыход блока 16 уравнивания напряжений, что обеспечивает подачу единичного скачка измерительного напряжения в контролируемую сеть. Это происходит потому, что на первом входе45логического элемента И 21 уже присутствует потенциальный уровень,который исчезает только в моментформирования паузы.Выполнение блока 16 уравниваниянапряжений с применением конденсатора 23 регулируемой емкости, конечно,более сложно в структурной реализации и удлиняет процесс измерения,однако имеет и преимущество, заключающееся в том, что позволяет неувеличивать значительно дополнительную емкость в устройстве и дает возмож 43 8ность более легкой (с точки зрения тех" нологической реализации) дополнитель" ной емкости, уменьшения габаритов и емкостных токов измерительного сигнала и контролируемой сети, Погршность измерений устройства в сетях постоянного тока имеет величину 0,47, а в сетях переменного и переменнопостоянного токов - 0,7 Е. Формула изобретения Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с корпусом, первый управляющий вход подключен к выходу блока формирования пауз, а второй управляющий вход подключен к выходу элемента задержки, вход которого соединен с входом блока формирования пауз, последовательно соединенные вычислительный блок, ключ и индикатор, первый конденсатор, первый вывод которого соединен с входом первого развяэывающего блока и с первой клеммой устройства для подключения контролируе" мой электрической сети, и блок определения экстремума, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью повы. шения точности измерений в сетях постоянного тока и расширения функциональных воэможностей за счет обеспечения измерений в однофазных сетях переменного и переменнопостоянного токов, в него введены два опорных резистора; второй конденсатор , сумматор, второй развязывающий блок, фильтр-сумматор и блок уравнивания напряжений переменного тока, при этом второй выход генератора импульсов соединен с первым входом сумматора непосредственно и через первый опорный резистор - с вторым выводом первого конденсатора и с вторым входом сумматора, а через второй опорный резистор - с первым выводом второго конденсатора и с третьим входом сумматора, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с входом блока определения экстремума и с выходом фильтра-сумматора, первый вход последнего соединен с выходом первого развязывающего блока, а второй вход через второй развяэывающий блок)2247 20 40 соединен с вторым выводом второго конденсатора, с второй клеммой устройства для подключения контролируемой электрическдй сети, и с первым входом блока уравнивания напря" жений переменного тока, второй вход которого соединен с входом первого развяэывающего блока, выход блока уравнивания напряжений пере, менного тока подключен к корпусу устройства и,к второму выходу фильтра-сумматора, первый выход блока определения экстремума соединен с управляющим входом ключа, а второй выход соединен с входом элемента задержки.2. Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок уравнения напряжений выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, общая точка соединения которых является выходом блока уравнивания напряжений переменного тока.3. Устройство по пп.1 и 2, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что между первым управляющим входом генератора импульсов и выходом блока формирования пауз введен элемент И, второй вход которого соединен с дополнительным выходом блока уравнивания напряжений переменного тока, выполненного в виде переключателя, двух измерителей напряжения, элемента сравнения, блока управления исполнительного элемента и конденсатора регулируемой емкости, при этом первый вход переключателя, являющийся первым входом блока уравнивания напряжений переменного тока, соединен с первым входом первого измерите В 43 1 Оля напряжения, второй вход переключателя, являющийся вторым входом блока уравнивания напряжений переменного тока, соединен с первым входом второго измерителя напряжения, второй вход которого является первым выходом блока уравнивания напряжений переменного тока и соединен с вторым входом первого измерителя напряжения и первым выводом конденсатора регулируемой емкости, второй вывод которого подключен к выходу переключателя, управляющий вход конденсатора регулируемой емкости через исполнительный элемент подключен к первому выходу блока управления, второй и третий выходы последнего соединены с соответствующими управляющими входами переключателя, вход блока управления соединен с выходом элемента сравнения, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами измерителей напряжения, четвертый выход блока управления является дополнительным выходом блока уравнивания напряжений переменного тока.4. Устройство по п,З, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде двух раэнополярных пороговых элементов, нуль-органа и усилителя рассогласования, при этом их входы являются входом блока управления, а выходы двух раэнополярных пороговых элементов являются соответствующими первым и вторым выходами блока управления, выходы усилителя рассогласования и нуль-органа являются соответственно третьим и четвертым выходами блока управления.1224743 дьг 4 лерУону улр мсн 5 пд ал Хйюрюу улр наму Йаду Фо КЬоду алова дол 7 люлю быаду алое Л.Мурановало КорректорМ. Максимиши оставител ехред Н.Б едактор А, Рев Подписнокомитета С Тирак 728 ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Рауш