Устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей

3 ССИЕтй.ИХСОЦИДЛИСТКЧЕСН 1 увлинГОСУД ПЮ ИЗО ПРИ ГЮНТ ТВЕННЫЙ НИЯЧ(71) Центральный жаучно-исследовательский институт суловой электротехники и технологии(54) УСТРОЙСТВО пЛЯ КОНТРОЛЯ И ИЗИЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕ 1(57) Изобретение относится к электроизмерительной т ехнике, в частности к вопросам контроля и измерениясопротивления изоляции электрическихсетей. Цель изобрстения - повьшсниенадежности контроля величины сопротивлсния изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о нарушениипожаробсзопасности путем разлицениялокального и распрсделенного снижения сопротивления изоляции сети. УстР 3170ц) О 01 В 31/02 ройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрическихсетей содержит источни 1 оперативного напряжения, дэтцик 2 тока,фильтр 3, развявываоций элементэлемент 5 сравнения, блок 7 уставкии пороговый элемент 9, В него дополнительно введены второй элемент6 сравнения, вгорой блок 8 уставки,втооой пороговый элемент 10, двавыцислителя 11 и 12, блок 13 дифференцирования, триггер 14 Шмитта,переключ;тель 15, задатцик 16 временных интервалов, два аналоговыхзапоминаюших элемснта 17 и 18, ло ический элемент И 19, два аналоговыхключа 21 и 22, логический элементЦЛИ 20, статический триггер 24, дваконденсатора 25 и 26, выключатель3 и установлсны соотвстствуациесвязи. При возникновении пробояизоляции за короткий отрезок времени происходит его Фиксация зпревышения уставки по уровню.Изобретение относится к электроизмерительной теУнике, в частностик вопросам контроля и измерения сопротивления изоляции электрических5сетей.Известно устройство контроля сопротивления изоляции электрическихсетей РКИ, содержащее источник оперативного сигнала, датчик тока, блокуставок и индикатор, Нецостаткомэтого устройства является отсутствиевозможности оценки характера процесса снижения сопротивления изоляциив контролируемой электрической сетиво времени, т.е. определения происходит ли постепенное (монотонное,медленное) снижение сопротивления изоляции цо зацанного значения, равного значению, определяемому уставкой,20или за короткий (практически мгновенный) отрезок времени происходитрезкое снижение величины сопротивле"ния изоляции, при котором она падаетниже допустимого уровня, поэтому отсутствует возможность определенияимеет ли место распрсделснное подлине сети (линии) снижение сопротивления изоляции, зависящее от коммутаций в сети, влияния влжности, окружаоцей темпера 1 ры, старения, или30оно носит местный, локальный характер, От этого зависит носит ли указанное снижение величины сопротивления изоляции пожароопасный характер (в случае локального снижения) 35или оно критично только с точки зрения электробезопасности (распределенного снижения по длине сети), Информация об этом позволяет исключитьложные (с точки зрения пожароопасности) отключения ссти, не нарушаяв необходимые моменты электропиганияагрегатов. ВОпросы, связанные с злектробезопасностью, решаются с помощью45других мер,Известно также устройство дляконтроля сопротивления изоляции, содержащее источник оперативного напряжения, датчик тока, развязывающийэлемент, элемент сравнения, блок уставки, пороговый элемент и индикатор. Недостатки этого устройствааналогичны недостаткам предыдущегоизвестного устройства.Целью изобретения является позышение нацежности контроля величинысопротивления изоляции сети за счетисключения ложных сигналов о наруш"нии пожаробезопасности путем различения локального и распрецеленного снижения сопротивления изоляции сети.устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей содержит источник оперативного напряжения, датчик тока, рвэвязывающий элемент, фильтр, элемент сравнения, блок уставки, пороговый элемент и индикатор. При этом первый вывод источника оперативного напряжения через последовательно соединенные фильтр и развязывающий элемент соединен с клеммами для присоецинення к контролируемой сети, второй вывод через датчик тока соединен с земляной шиной и непосредственно с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока уставки, а выход соединен с входом порогового элемента .г 1 ополнительно введены второй элемент сравнения, второй блок уставки, второй пороговый элемент, два вычислителя, блок цифференцирования, триггер Шмитта, переключатель, задатцик временных интервалов, два аналоговьх запоминающих элемента, логический элемент И, два аналоговых ключа, статический триггер, два инцикатора, цва конденсатора, логический элемент ИЛИ и выключатель. При этом первый вывод источника оперативного напряжения соединен с входом лока дифференцирования и первым входом г 1 ервог о вычислителя, второй выход которого соединен с вторым выводом источника оперативного напрядения, третий вход вычислителя соединен с земляной шиной, а выход через первый аналоговый ключ соединен с входом первого индикатора и первым вхоцом переключателя, второй (управляемый) вход которого соединен, с первым выходом задатцика временных интервалов и вторым (управляемым) вхоцом третьего аналогового ключа, а первый и второй выходы переключателя - с первыми входами первого и второго аналоговых запоминающих элементов, вторые входы которых це",ез логический элемент ИПИ соепч -.; ы с вторым выходом .-агатцик: г.еменных ин 1 ерсалов выходы первого и второго аналоговых запоминающих элементов соединены с первым и вторым входами второго1707576 5 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 г вычислителя соответственно, выходкоторого через третий аналоговыйключ с оеди не н с пер вым входои второ.го элемента сравнения, второй входкоторого сосдинен с выходом второго блока устдвки, д выход второгоэлемента сравнения через второй по, роговый элемент соединен с вторым,входом логического элемента У, выход которого соединен с вторым входом статического триггера, выходкоторого соединен с входом третьегоиндикатора, а первый вхоц логичес.кого энеиента И соединен с входоминдикатора и выходои второго аналогового ключа, первый вход которого соецинен с выходом первогопорогового элемента, второй (управляемый) вход второго аналоговогоключа соединен с выходом триггераШмитта и вторым (управляемыи) вхоцом первого аналогового ключа непосредственно и через первый конденсатор с вторым входом логического элемента ИЛИ, вхоц триггораШмитта соединен с выходом блока дифференцирования, первый вход которого соецинен с первым выводом источника оперативного напряжения, авторой вход - с земляной шиной, второй вход стдтичсского триггера через последовательно соединснные второй конденсатор и выключдтсль соединен с клеммой питания,Задатчик временных интервдлов может быть выполнен из последовательносоединенных генератора тактовых импульсов, элемента задержки и одновибраторавыход которого являетсяпергым выхчцом всего задатчикд временных интервалов, а второй выходкоторого соединен с выхоцом генератора тактовых импульсов.Благодаря указанному вьгнолнениюустройства для контроля и измерения сопротивлени изоляции электрических сетей обеспечивается возможностьь различения резких (локальных) и медленных, постепенных снижений сопротивления изоляции сети,Последние, как правило, обусловленыраспределенным снижением величинысопротивления изоляции по длине сети, что не понижает пождробезопдсност ь, Реализация ус рчйст яд п зволит цссти нчт ь псьь.Гния ндлс,уо тиконтроля изоляции сети зд счет исключения ложных сигналов о нарушении пожаробезопдсности. 6Нв чертеже изображена Функциональная схема предлагаемого устройства,Устройство содержит источник 1оперативного напряжения, датчик 2тока, например калиброванный резистор, фильтр 3 (Фильтр-пробка длярабочей частоты сети), рдзвязывдющий элемент ч элементы 5 и 6 сравнения, блоки 7 и 8 устдвки (7уставки уровня, 8 - устаьки кратности), пороговые элементы 9 и10, вычислители 11 и 12, блок 13дифференцирования, триггер 1 ч Шлитта, переключатель 15, заддтчик 16временных интервалов, аналоговыезапоминающие элементы 17 и 18, логические элементы И 1 Ч и ИЛИ 20,аналоговые ключи 21 - 23, статический триггер 2 ч, конденсдторы 25 и26, индикаторы 27 - 29 выключатель(кнопка сброса опердторои) 30 и клеь;мы 31 - 35.За цатчи к 16 време н гых инт ер ддлое содержит генератор 36 тактовых,импульсов, элемент 37 задержки и одновибратор 38,1 На черт сже изображен также участок тре.фдзной сечи 39 переменного тока, сопротивления изоляции Росфаз (А, В, С) сети относительно земли,Первый вывод ист очникд 1 оперативного напряжения чсрсз последовательно соединенные Фильтр 3рдз" ,вязывающий элемент ч соединен с выходными клеммами 31 - 33 и непосредственно с входом блока 13 диффсренцирования и первым вхолои вьчислителя 11, Второй вывод источника . 1 оперативного ндпряжсния соепинен непосрецст венно с первым входои эле"Мента 5 сравнения и вторым входомвычислителя 11, выход которого через второй нормально разомкнутый аналоговый ключ 22 соединен с входом индикатора 28 и первым входом переключателя 15, второй (управляемый)вход которого соецинен с вторыи (уп-равляемыи) входом аналогового ключа23 и первым выходом здцатчика 16 временных интервалов, а первый и второйвыходы переключателя 1л ср ед нЛОГООЫЕ ЗЙНЙМИНаЮЩИ. З СМЕНЬИ18 соответственно соединены с первым и вторым вхоцами вычислителя 12, Выход послецнего через нормально ра 1707576 в35 зомкнутый аналоговый ключ 23 соеди"нен с первым вхоцом элемента 6 сравнения, второй вхоц которого соединенс выхоцом блока 8 уставки, а выходчерез пороговый элемент 10 соединенс вторым входом элемента И 19, первый вход которого соединен с выходомпервого нормально разомкнутого аналогового ключа 21 и входом индикато 10ра 27, Первый вхоц ключа 21 соецинен с выхоцом порогового элемента 9,вход которого соединен с выхоцом элемента 5 сравнения, второй вход которого соединен с выхоцом блока 715уставки. Выход блока 13 дифференцирования церез триггер 14 Шмитта соединен с втооыми (управлч мыми) входами аналоговых ключей 22 и 21 непосредственно и через конденсатор 25с вторым входом элемента ИЛИ 20, пер 20вый вход которого соединен с вторымвыходом задатчика 16 временных интервалов.Выход элемента ИЛИ 20 соециненс вторыми входами (входами стирания) аналоговых запоминающих элементов 17 и 1 О. Выход элемента И 19соединен с первым входом статического триггера 24, второй вход которого через последовательно соединеннье кгтнценсатор 26 1:ыклюцатель(кнопку) 30 соединен с клеммой 35,к которой поцведено напряжение питания постоянного тока. Выход статического триггера 24 соединен свхоцом индикатора 29,Раздатчик 16 временных интервалов содержит поспедояательно соединенные генератор 36 тактовых импульсов, элемент 37 зацержки и од 40новибратор 38, выход которого является первым выходом зацатцика 16временных интервалов, второй выходкоторого соецинен с выходом ге 45нератора 36 тактовых импульсов.Устройство работает следующимобра зом.УПосле поцклюцения устройства через клеммы 31 - 33 к контролируемой сети, клемму 34 к земле и подаченапряжения питания на устройство(подвод напряжения питания не показан) начинается заряд емкостейсхд, гкви Схс сети 39В связи с тем, чго измндю",еесяв переходном про"ессе гтапение напряжения от оперативного сигнала наимпецансе изоляции сети 39 поступает на вход блока 13 дифференцирования, то на выходе его присутствует сигнал, который, воздействуя натриггер 14 Имитта, обеспечивает наего выходе сигнал "низкого" уровня,Это привоцит к тому, что нормальноразомкнутые аналоговые ключи 21 и22 нахоцятся в исходном состоянии,предотвращая поступление информацибнных сигналов на входы индикаторов 27 и 28 до тех пор, пока вцепи оперативного сигнала процолжается переходный процесс заряда емкостей сети 39,После завершения указанного переходного процесса сигнал на выходе блока 13 дифференцирования становится равным нулю (или падает нижеаприорно заданного уровня), На выходе триггера 14 шмитта появляетсясигнал "высокого" уровня, цто вызывает замыкание аналоговых ключей21 и 22, В результате замыканияаналогового ключа 22 информация овеличине сопротивления изоляции сети 39, получаемая в результате опе 1,раций в вычислителе 11, поступаетна вхоц индикатора 28 и нэ первыйвхол переключателя 15. При этом надоуциты мть ) цто падения напряженияоперативного сигнала, поступающиена первый и второй входы вычислителя 11, измеряются (Фиксируются) поотношению к земле. На первый вход вычислителя 11 поступает падение напряжения сперативного сигнала на послеловательном соединении сопрогивления Кр развязывающего элемента 4 и сопротирления изоляции кх сети 39. На второй вход вычислителя 11 поступает падение нзпряжения оперативного сигнала с калиброванного сопротивления.В вычислителе 11 решается выражение.кх та к 0 кРгде О - падение напряжения оперативного сигнала нз последовательном соединении сопротивления изоляции и сопротивления разоязываое о элеиен 1 аб - падение напряжения оперативного сигнала на сопротивлении датчика 2 тока;К - величина калиброванногосопротивления датчикэ 2 тока;Р Р - сопротивление развязывэющего элемента 4,В результате замыкания аналоговогоключе 21 информация о соотношении(" больше" - "меньше") величины сочпротивления изоляции сети в данныимомент времени и допустимого уровнявеличины сопротивления изоляции (ве 4личины уставки) поступаетна вхоциндикатора 27,При появлении после завершсния переходного процесса в цепи оперативного сигнала на выходе триг гера 1Шмитта сигнала "высокого" уровня он(сигнал) в вице перепада напряжения(передний фронт сигнала) через конденсатор 25 и второй вход логического элемента ИЛИ 20 поступает навторые входы (входь стирания) аналоговых запоминающих элементов 17и 18 перевоця их в исходное состояние. Поэтомукогда после замыканияаналогового ключа 22 на первый входпереключателя 15 поступает информация о велиоине соп ютивления изоляции сети 39, то в зависимостиот того, в каком состоянии находится оцновибратор 38, она (информэция)записывается на аналоговый запоминающий элемент 17 или 18, При, перехоце оцновибраторэ в противоположное состояние информация с входапереключателя 15 поступает на цругой аналоговый запоминающий элемент(18 или 17). Так, например, еслив первый момент времени после завершения переходного процесса всети 39 одновибратор 38 находитсяв устойчивом состоянии, то информация записывается на аналоговыйзапоминающий элемент 17, а при перехоле его в неус 1 ойчивое состоячние - на аналоговый запоминающииэлемент 18,Если одновибратор 38 в первый момент после завершения переходи ного процесса находится в неустоичивом состоянии, то эта первоначальная ин 1 ормэция сразу запись- вается на а налогоны 1 зэпом 1 н 1 лщий элемент 18, а при возвращении через некоторое время опновибратора 38 в устойчивое состояние - на аналоговьй запоминающий элемент 17.Наиболее оптимален случай, ког"да время пребывания одновибрэторэ 38 в неустойчивом состоянии равно примерно половине паузы между тактовыми импульсами генератора 36 и занимает в этих паузах вторую и третью четверти.Таким образом, с выходов аналоговых запоминающих элеметов 17 10и 18 на соответствующие ьхоцы вычислителя 12 поступаег постояннообновляемая на каждом такте генератора 36 информация о величинесопротивления изоляц:и с.ти нэ,каждых двух соседних временных отрезках,В вычислителе 12 опрецеляется отношение абсолютной величины разностидвух напряжений, пропорциональньх 20величине сопротивлении изоляции с -аети 39, соответствующих двум соседним временым оТрезкам, к величинеодной из них, например предшест вующей. Эта операция описывается вьра- жением 3 1 х ох +Ф(2) Напряжение, пропорциональное указанному соотношению, с выхоца вычислителя 12 через аналоговый ключ. 23, замыкаемый в моменты нахожпенюодновибратора 38 в неустойчивом состоянии, поступает на парный вхоцэлемента 6 сравнения, где сравнивается с напряжением, поступающим навторой вход элемента 6 сра внсния свыхода блока 8 уста вки. При превышении напряжением с выхода н.числителя 12 напряжения устанки кратности на выходе элемента 6 сравненияпоявляется сигнал, который обеспечивает появление на выходс порого.ного элемента 10 сигнала высокого 45уровня, поступающего на второ 1 входъэлемента и 19, на переьГ 1 вхоц которого поступает сигнэл, несущий информацию о соотношении ("больше"меньше") величины сопротивленияизоляции сети 39 в даннымоментвремени и цопустимого уровня, определяемого блоком 7 устэнки (уровн) . Если уровень, определяемый блоко 7 устанки, преньшс., то на ныхоце элсмснта 5 сра еени пГявляетсяя сигнал., обеспечивающий появление нэ выходе пороГового элемента 9сигнала "высокого" уровня, которыйпри замыкании аналогового ключа 21 .поступает на первый вход элемента И 19Если превышены уровни, задаваемые блоком 7 уставки уровня и блоком 8 уставки кратности, то на первом и втором входах элемента И 19 присутствуют сигналы "высокого" ,уровня, обеспечивающие получение ;сигнала на выходе элемента И 19, Этот сигнал переводит статический триггер 24 в положение "2", при котором на входе индикатора 29 аварийности появляется сигнал. Этот сигнал мо,жет быть снят только оператором при замыкании им выключателя 30, в результате чего передний фронт скачка постоянного напряжения, которое под" ведено к клемме 35, поступает через конденсатор 26 на второй вход статического триггера 24, переводя его в.исходное состояние "1", при котором сигнал на входе индикатора 29 аварийности отсутствует, 25Только при одновременном наличии двух факторов: превышении уставки уровня и превышении уставки кратности появляется информация об аварийном, с точки зрения пс"слроогасности, режиме, т,е. в тосл случае, ,когда превышение уставки уровня ,является следствием резкого изменения величины сопротивления изоляции сети за короткий отрезок времени, например пробоя или перекрьгтия изоляцииформула и зобрет ения40Устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее источник оперативного напряжения, датчик тока, развязывающий элемент, фильтр,145 элемент сравнения, блок уставки, по" роговый элемент, вычислитель, блок дифференцирования, триггер Шмитта, два аналоговых ключа, статический триггер, выключатель, дь конденсатора, причем первый вывод источника оперативного напряжения через последовательно соединенные фильтр и развязывающий элемент соединен с клеммами для присоеди нив к конти 55 рс.".нруелои с-.ти, аторои его с;ь вод чсрез датчик тока соединен с земляной шиной и непосредственно с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока уставки, а выход через последовательно соединенные пороговый элемент и первый аналоговый ключ соединен с входом первого индикатора, первый вход вычислителя соединен с первым выводом источника оперативного напряжения, второй вход вычислителя соединен с вторым выводом указанного источника, третий вход вычислителя соединен с земляной шиной, выход вычислителя через второй аналоговый ключ соединен с вторым индикатором, первый вход блока дифференцирования соединен с первым выводом источника оперативного напряжения, второй вход блока дифференцирования соединен с земляной шиной, выход блока дифференцирования через триггер Шмитта соединен с вторыми входами первого и второго аналоговых ключей и первым выводом первого конденсатора, вход выключателя соединен с клеммой питания постоянного тока, выход выключателя соединен с первым выводом второго конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности контроля величины сопротивления изоляции сети за счет исключения ложных сигналов о нарушении пожаробезопасности путем различения локального и распределенного снижения сопротивления изоляции сети, в него дополнительно введенывторой элемент сравнения, второйблок уставки, второй пороговый элемент, второй вычислитель, переключатель, два аналоговых запоминающих элемента, залатчик временных интервалов, третий аналоговый ключ, логический элемент И 1 И, логический элемент. И, статический триггер и третий индикатор, причем первый вход переключателя соединен с выходом второго аналогс вого ключа, в 1 орой вход переключателя соединен с выходом задатчика временных интервалов и Вторым входом третьего анм 1 огового ключа, первый оыход т 1 ере ключа т еля через аналоговый запоминающий элемент соединен с первым входом второго вычислителя, второй выход переклсчателя через второй аналогоьцй запомилакции элеглснт соединс л с вторым входом второго вычисли 1 еля, выход которого соединен с первым входом третьего аналогового ключа,1707576 Составитель ЕаКущ Редактор И,Горная Техред Л,Оддцк Корректор д ОбручарееЗаказ М 6 Тираж ПодписноеНИИ Го да-ать=. л о комитета по изобретенилм и открытиям при ГКНТ ССР111 Щ 5 Москва, Ж, Раушскал наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101 выход которого соединен с первымвходом второго элемента сравнения,второй вход которого соединен с выходом второго блока уставки, выходвторого элемента сравнения через второй пороговый элемент соединен свторым входом логического элементаИ, первый вход которого соединен свыходом первого аналогового ключа",выход логического элемента И соединен с первым входом статическоготриггера, выход которого соединен с вхоцом третьего индикатора, второй вход статического триггера соединен с вторым выводом второго конденсатора, выход логического элемента ИЛИ соединен с вторыми входамианалоговых запоминающих элементов,первый вход логического элементаИЛИ соединен с вторым выходом эадатчика временных интервалов, а второйвход логического элемента ИЛИ соединен с вторым выводом первого конденсатора.