Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3(59 С 01 В 27/08 Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 246801, кл. 6 01 В 27/00, 1968,2. Авторское свидетельство СССР 9 664122, кл, С 01 К 37/18, 1976 (прототип) .(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ, индикатор, развязынающий блок, нычислитель, блок формирования пауз и блок управления, причем входной зажим устройства соединен с одним выводом конденсатора и одновременно с входом раэвязывающего блока, а выход вычислителя через аналоговый ключ соединен с входом индикатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и повышения его быстродействия, в него введены блок синхронизации, блок стробирования времени измерения, блок фиксации мгновенных значений, дифференцирующий блок, причем первый выход генератора импульсов через опорный резистор соединен с землей, а непосредственно - с первым входом блока фиксации мгновенных знамени.;, второй вход которого соединен с ;-:ыхо дом раэвязывающего блока и входом дифференцирующего блока, выход которого соединен с третьим входом блока фиксации мгновенных значений, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами вычислителя, четвертый вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, четвертый вход блока фиксации мгновенных значений соединен с третьим выходом блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом генератора импульсов и нходом блока формирования пауз, выход которого соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого через блок синхронизации соедннен с входным зажимом устройства и непосредстваенно - с входом блока стробнрования времени измерения, выход которого соединен с первым входом блока управления, четвертый выход блока управления соединен с пятым входом блока фиксации мгновенных значений, пятый выход блока управления соединен с управляемым входом аналогового ключа,. второй выход генератора импульсов соединен с вторым выводом конденсатора, а первый вход генератора импульсов соединен с первым ныходом блока управления.2, Устройство по и 1, о т л ич а ю щ е е с :; тем, что, с целью повышения точности измерений, между выходом разнязынающего блока и входом дифференцтгрлщт,его блока введен блок компенсац:,:.н сетевого напряжения переменного тока.:1. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок фиксации мгновенных значений содержит три ,аналоговых ключа,. выходы которого со единены соотн"тстненно с входамн трех аналоговых запоминающих элементов, причем инФормационные входы аналоговых ключей являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока фиксации мгновенных значений, а ныхсдь аналоговых запоминающих элементов являются выходами и всего блока, четвертый вход всего блока соединен с упранляеждмн входами аналоговых ключей, а пяти нходс вторыми входами (входами стнра; я) аналоговых запоминающих элементов.1071971 015 2025 4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что развязывающий блок представляет собой последовательное соединение конденсатора и Фильтра пробки, настроенного на частоту сетевого напряжения переменного тока.5, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок. управления содержит блок задания режима измерения, блок стробирования времени измерения, элемент задержки, два рдновибратора, логический элемент И и три логическихэлемента ИЛИ, причем первый вход блока управления является вторым входом блока задания режима измеренйя, а второй вход блока уПравления является первым входом блока задания режима измерения, первый выход блока задания режима измерения соединен с первым входом логического элемента И, второй вход которого является третьим входом блока управления, а выход логического элемента И соединен с первыми входами . первого и третьего логических элемен тов ИЛИ, вторые входы которых соединены с вторым выходом блока задания режима измерения и входом блока стробирования времени измерения, выход которого соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ,1Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для измерения сопротивления изоляции электрических сетейпостоянного переменного и переменнопостоянного токов,Известно устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, содержащее генераторимпульсов, опорный резистор, конденсатор, аналоговый ключ и индикатор 13 .Однако указанное устройство имеетмалое быстродействие, связанное сиспользованием импульсов, длительность которых должна обеспечиватьпрактически полный заряд емкостейсети, а также ограниченную областьприменения, так как не предназначено для использования также и в сетяхпеременного тока.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для измерениясопротивления изоляции электрическихсетей, содержащее генератор импульсов, опорный резистор, конденсатор,аналоговый ключ, индикатор, развязывторой вход. которого соецинен с третьим выходом блока задания режима измерения, выход через элемент задержки соединен с вторым выходом блока управления, а через первый одновибратор - с третьим выходом блока управления и входом второго одновибратора, выход которого является пятым выходом блока управления, выходы первого и третьего логических элементов ИЛИ являются соответственно первым и четвертым выходами блока управления.6. Устройство по пп. 1 и 5, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что блок задания режима измерения содержит переключатель (на два положения), размыкающий ключ и выключатель, причем вход переключателя соединен с первым входом блока, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами переключателя, второй вход блока задания режима измерения через размыкающий ключ соединен с его третьим выходом, управляемые входы переключателя и размыкающего ключа через выключатель соединены с вводом напряжения питания блока, а через последовательно соединенные конденсатор и диод - с вторым выходом блока задания режима измерения. 2вающий блок, блок определения экстремума, вычислитель и блок формирования пауз.Устройство представляет собой автоматическую самонастраивающуюся систему, в которой вырабатываетсяимпульс, длительность которого опти -мальная для полного заряда существующих в каждый данный момент временивеличин емкости и сопротивления изоляции из-за наличия емкости сети исведена к нулю, так как в момент достижения экстремума измерительногонапряжения на импедансе изоляцииемкостная составляющая тока оперативного сигнала сведена к нулю 21 . Однако в известном устройстве время, необходимое для достижения экстремума, минимизируется с помощью уменьшения величины разделительного конденсатора, что ведет к уменьшению абсолютных величин падения напряжения на импедансе изоляции и опорном резисторе. Кроме того, известное устройство не предназначено для измерений в сетях переменного тока.Целью изобретения является расширение функциональных нозможностей устройства, повышение быстродействия и точности измерений.Поставленная 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 и блок управления, причем входной зажим устройства соединен с одним выводом конденсатора и одновременно с входом развязынающего блока, а выход вычислителя через аналоговый ключ соединен с входом индикатора, дополнительно введены блок синхронизации, блок стробирования времени измерения, блок фиксациимгновенных значений, дифференцирую О щий блок, причем первый выход генератора импульсов через опорный резистор соединен с землей, а непосредственно - с первым входом блока фиксации мгновенных значений, второй д вход которого соединен с выходом развязывающего блока и входом дифференцирующего блока, выход которого соединен с третьим входом блока фиксации мгновенных значений, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами вычислителя, четвертый вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, четвертый вход блока фиксации мгноненных значений соединен с третьим выходом блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом генератора импульсон и входом блока формирования пауз, выход которого соединен с вторым нхо дом блока управления, третий вход которого через блок синхронизации соединен с входным зажимом устройства и непосредственно с входом блока стробирования времени измерения, вы ход которого соединен с первым входом блока управления, четвертый выход блока управления соединен с пятым входом блока фиксации мгновенных значений, пятый выход блока управления соединен с управляемым входом аналогового ключа, второй выход генератора импульсов соединен с вто - рым выводом конденсатора, а первый вход генератора импульсов соединен с первым выходом блока управления Между выходом развязывающего бло.";ка и входом дифференцирующего блока введен блок компенсации сетевого напряжения переменного тока, ,бОБлок фиксации мгновенных значений содержит три аналоговых ключа, выходы которых соединены соответственнас входами трех аналоговых запоминающих элементов, причем информационные Блок задания режима измерения содержит переключатель (на дна положения), размыкающий ключ и ныключатель, причем вход переключателя соединен с первым входом блока, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами переключателя, второй вход блока задания режима измерения через размыкающий ключ соединен с его третьим выходом управляемые входи переключателя и размыкающего ключа через выключатель соединены с вводом напряжения питания бЛока, а че рез последовательно соединенныевенных значений, второй вход которогочерез развязывающий блок 13 соединен 4 О с входным зажимом 22 и первым выводом конденсатора 3, второй вывод которого подсоединен к второму выходу генератора 1 импульсов. Третий вход блока 7 фиксации мгновенных значенийчерез дифференцирующий блок 14 соединен с выходом развязывающего блока13, Четвертый вход блока 7 фиксациимгновенных значений соединен черезодновибратор 15 с выходом логического элемента ИЛИ 19 и входом элемента21 задержки, выход которого соединенс вторым входом генератора 1 импульсов, Пятый вход блока 7 фиксациимгновенных значений соединен с выходом логического элемента ИЛИ 20,Первый, второй и третий .выходы блока 7 фиксации мгновенных значений соединены с соответствующими входамивычислителя 4, выход которого черезаналоговый ключ 5 соединен с входом 60 индикатора б. Управляемый вход аналогового ключа 5 через одновибратор 16 соединен с выходом одновибратора 15. Вход блока 8 синхронизации "(нульконденсатор и диод - с вторым выхо-дом блока задания режима измерения.Достижение цели основывается на снятии измерительной информации в моменты перехода сетевого напряжения переменного тока через нуль и опре делении величины активной составляющей тока в измерительной цепи, характеризующей величину сопротивления изоляции,как разности между полным током оперативного измерительно го сигнала и емкостной его составляющей в указанный момент времени.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство содержит генератор 1 15 импульсов, опорный резистор 2, конденсатор 3, вычислитель 4, аналоговый ключ 5, индикатор б, блок 7 фиксации мгновенных значений, блок 8 синхронизации (например, нуль-оРган) блоки 9 и 10 стробирования времени измерения, блок 11 формирсвания па- уз, блок 12 управления, развязывающий блск 13, дифференцирующий блок 14, одновибраторы 15 и 16, логический элемент И 17, логические элементы ИЛИ 18-20, элемент 21 задержки, входной зажим 22,.аналоговые ключи 23-25, аналоговые запоминающие элементы 26-28, переключатель 29, размыкающий ключ 30, выключатель 31, конденсатор 32, диод 33, блок 34 задания режима измерения, б,ок 35 компенсации сетевого напряжения переменного тока.Первый выход генератора 1 импуль сов через опорный резистор 2 соединен с землей и непосредственно - с первым входом блока 7 фиксации мгнооргана) соединен с входным зажимом22, а выход - с вторым входом логического элемента И 17 непосредственно,а через блок 9 стробирования времени измерения - с вторым входом блока 34 задания режима измерения. Первый вход логического элемента И 17соединен с первым выходом блока 34задания режима измерения, второйвыход которого соединен с вторымвходом логического элемента ИЛИ 18,входом блока 10 стробирования времени .измерения и вторым входом логического элемента ИЛИ 20, первый входкоторого соединен с выходом логического элемента И 17 и первым входомлогического элемента ИЛИ 18, выходкоторого соединен с первым входомгенератора 1 импульсов. Третий выходблока 34 задания режима измерениясоединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 19, первый вход которого соединен с выходом блока 10стробирования времени измерения.Вход блока 11 формирования пауз соединен с выходом элемента 21 задержки, а его выход - с первым входомблока 34 задания режима измерения,Третий выход генератора 1 импульсовсоединен с четвертым входом вычислителя 4.Влок 7 фиксации мгновенных значений состоит из аналоговых ключей 23 -25, выходы которых соединены с первыми входами аналоговых запоминающихэлементов 26-28, выходы которых являются выходами всего блока 7, Входыаналоговых ключей 23-25 являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока 7. Управляемые входы аналоговых ключей 23-25 соединеныс четвертым входом всего блока 7, авторые входы (входы стирания) аналоговых запоминающих элементов соединены с пятым входом всего блока 7.Блок 34 задания режима измерениясодержит переключатель 29, ключ 30,выключатель 31, конденсатор 32 идиод ЗЗ (при необходимости), причемпервый вход всего блока 34 являетсявходом переключателя 29, а выходыпереключателя 29 являются первым ивторым выходами всего блока 34, Второй вход блока 34 является входомключа 30, выход которого являетсятретьим выходом блока 34, Управляемые входы переключателя 29 и ключа30 через выключатель 31 соединены свыходом источника напряжения постоянного тока (питания устройства), ачерез последовательно соединенныеконденсатор 32 и диод 33 - с вторымвыходом всего блока 34,Устройство работает следующимобразом.При установке выключателя 31 вположение Измерение в сетях переки, время задержки которого выбирается немного больше времени пребывания одновибратора 15 в неустойчивом состоянии, чтобы только обеспечить наличие оперативного сигнала на входах блока 8 в момент записи указанных значений на аналоговые запоминающие элемента 26-28.По истечении указанного временисигнал с выхода элемента 21 задержки поступает на второй вход генератора 1 импульсов и на вход блока 11 формирования пауз. Сигнал, поступивший на второй вход генератора 1 импульсов, вызывает формирование заднего фронта (спада) оперативного импульса, а сигнал, поступивший на ,вход блока 11 формирования пауз через априорно отведенное время, обеспечивающее возвращение цепи оперативного (измерительного) сигнала к нулевым (кваэинулевым) начальным условиям, появляется в виде потенциального уровня с выхода одновибратора, находящегося на выходе блока 11, на выходе этого блока и поступает сигнал на первый вход блока 34 выбора режима измерения. Так как в 40 45 жения переменного тока через нуль, определяется с помощью блока 9 стробирования, который задает время измерения, обычно соответствующее первому после начала Формирования импульса переходу сетевого напряжения 5 через нуль, т,вобеспечивает измерение мгновенных значений указанных выше текущих величин через 10 мс после начала Формирования переднего Фронта оперативного (измерительного) 10 сигнала. В некоторых случаях (при необходимости) это время может быть увеличено в целое число раз. Поэтому сигнал с выхода блока 8 синхронизации, поступив на вход блока 9 стробирования и через время, кратное 10 мс, появившись на его выходе через ключ 30 (в блоке 34), поступает на второй вход логического элемента ИЛИ 19, с выхода которого этот сигнал поступает на вход одновибратора 15, вызывая его перевод в неустойчи-. вое положение.Потенциальный сИгнал с выхода одновибратора 15 поступает на четвертый вход блока 7 фиксации мгновенных значений, т.е. на управляемые входы аналоговых ключей 23-25, находящихся в этом блоке 7. Время пребывания оц-, новибратора 15 в неустойчивом состоянии выбирается исходя из условия необходимости и достаточности обеспечения поступления через указанные клю чи величин О , О и с(фна запись на аналоговые запоминающие элементы 26-28. Одновременно с поступлением на одновибратор 15 сигнал с выхода логического элемента ИЛИ 19поступает на вход элемента 21 эадержрассматриваемом режиме измерения переменного тока первый вход блока 34соединен с его первым выходом, этотсигнал поступает на первый выход блока 34, откуда он поступает на первыйвход логического элемента И 17,Время пребывания сигнала с выходаблока 11 формирования пауз на первомвходе логического элемента И 17 определяется временем пребывания одновибратора на выходе блока 11 Формирователя пауз (представляющего собойпоследовательное соединение элементазадержки и одновибратора) в неустойчивом состоянии и выбирается путь,большим длительности полупериода сетевого напряжения. Это обусловленотем, чтобы обеспечить совпадениеэтого сигнала с сигналом, поступающим на второй вход логического элемента И 17 с выхода блока 8 синхрони.зации в момент перехода сетевого напряжения переменного тока через нуль.В момент совпадения укаэанных сигналов, т,е, в момент очередного перехода сетевого напряжения через нуль,на выходе логического элемента И 17появляется сигнал, который поступаетна пятый вход блока 7 фиксации мгновенных значений, обеспечивая стирание информации с аналоговых запоминающих элементов 26-28 перед новымциклом измерения, и через логическийэлемент ИЛИ 18 на первый вход генератора 1 импульсов, обеспечивая начало формирования очередного оперативного (измерительного)импульса,начало которого совпадает с моментомперехода сетевого напряжения переменного тока через нуль . Начинается новый цикл измерения,Следует отметить, что когда сигнал с выхода одновибратора 15 поступает на четвертый вход блока 7 Фиксации мгновенных значений, он одновременно поступает и на вход одновибратора 16 переводя его в неустойчивоесостояние, Сигнал с выхода одновибратора 16 вызывает замыкание аналого-вого ключа 5, обеспечивая поступление информации с выхода вычислителя 4 на индикатор 6. Время пребывания одновибратора 16 в неустойчивомсостоянии (время пребывания аналогового ключа 5 в замкнутом состоянии)выбирается исходя из целесообразности вывода на индикатор 6 значениякаждого измерения либо интегральнойоценки нескольких измерений,При измерении в сетях постоянноготока после подключения входного зажима 22 к контролируемой сети выключатель 31 переводится в положениеВключено, что соответствует режиму Измерение в сетях постоянноготока. При этом на управляемые входы переключателя 29 и ключа 30 подается потенциальный сигнал от источника йапряжения постоянного тока. Зтст сигнал переводит переключатель 29 и ключ 30 в другое положение, что обеспечивает соединение первого входа переключателя 29 с его вторым входом, т, е.соединеййе первого входа блока 34 с его вторым выходом, и размыкание ключа 30, что разъединяет второй вход блока 34 и его третий выход.Кроме того, перевод выключателя 31 в положение Включено вызывает подачу единичного скачка напряжения постоянного тока через конденсатор 32 и диод 33 (при необходимости) на второй выход блока 34, что обеспечи" вает начало Формирования переднего (5 фронта оперативного (измерительного) импульса в генераторе 1 импульсов, т.е. запуск генератора 1. импульсов (через логический элемент ИЛИ 18),Одновременно укаэанный единичный 20 скачок поступает на пятый вход блока 7 фиксации мгновенных значений (на входы аналоговых запоминающих элементов 26-28), обеспечивая приведение их в исходное состояние, и на вход блока 10 стробирования времени измерения, с выхода которого через время, отводимое на измерение, задаваемое априорно, через логический элемент ИЛИ 19 поступает на элемент 21 задержки и вход одновибратора 15, Одновибратор 15 переходит в неустойчивое состояние, вызывая замыкание аналоговых ключей 23-25 в блоке 7 фиксации мгновенных значений, что приводит к поступлению фиксируемых величин (падения напряжения оперативного сигнала на импедансе изоляции, на опорном резисторе и производной ст падения напряжения на инпедансе изоляции) в аналоговых запоминающих 40 элементах 26-28, с выхода которых они поступают в вычислитель 4. При возвращении сдновибратора 15 в устой чивсе положение размыкаются аналоговые ключи 23-25, прерывая поступление информации на аналоговые запоминающие устройства 26-28, и переводится в неустойчивое положение сднсвибратор 16, что вызывает замыкание аналогового ключа 5, обеспечивая вы 50 дачу информации с выхода вычислителя 4 на индикатор 6, Сигнал, поступивший на элемент 21 задержки .(врею. задержки которого несколько превы шает время пребывания одновибратс - ра 15 в неустойчивом положении): через время задержки поступает на второй вход генератора 1 импульсов, вызывая формирование заднего Фронта оперативного (иэмерительного) импульса и одновременно на вход блока 11 60 формирования пауз, обозначая момент начала формирования паузы. Пс истечении заданного априсра времени пау-. зы сигнал с выхода блока 11 формиро-. вания пауз поступает. на первый вход 65 блока 34 задания режима измеоения. откуда проходит на его второй выход и поступает на пятый вход блска 7 Фиксации мгновенных значений (на вторые входы аналоговых запоминающих элементов 26-28), обеспечивая стирание записанной при предыдущем измерении информации, через логический элемент ИЛИ 18 на первый вход (вход запуска) генератора 1 импульсоз и на вход блока 10 стробирования результатов измерения, где определяется длительность измерительного импульса. Возвращение сдновибратора 16 в исходное состояние происходит уже в течение времени паузы.Начинается второй цикл измерений, аналогичный первому (эа исключением того, что запуск генератора 1 импульсов на нем и всех последующих циклах осуществляется автоматически с выхода блока 11 формирования пауз)Необходимость введения блока 35компенсации может быть вызвана тем,что дифференцирование оперативногосигнала (в режиме измерения в сетяхпеременного тока) в точке переходачерез нуль сетевого напряжения переменного тока может быть затрудненов силу того, что сам процесс дифференцирования практически предполагает снятие информации и в предшествующей точке (так как выявляется скорость изменения процесса за заданныйпромежуток времени) . Поэтому необходимо исключить хотя бы из окрестностей точки перехода через куль влияние сетевого напряжения, что и требует осуществление компенсации влияния сетевого напряжения тем или инымметодом.П р и м е ч а н и е. При измерениях в трехфазных сетях переменноготока входной зажим 32 подсоединяется не к фазе (полюсу) сети, а к блоку искусственной нулевой точки, который представляет собой три одинаковых резистора соединенных звездой, свободные выводы которых подсоединяются к трем фазам сети, а к общей точке подсоединяется входной зажим 22,Научно-техническое значение предложения заключается в возможности реализации универсального устройства для измерения сопротивления изоляции в сетях постоянного, переменного и постоянно-переменносгс (смешанного) тока, При этом для увеличения быстро действия нет необходимости уменьшить величину разделительного конден сатсра, как в известном, что обычно приводит к уменьшению величин падения напряжения оперативного измерительного сигнала на инпедансе изоля-, ции.11арственногозобретенийЖ, Рауш ком от кая