Устройство для испытания изоляции на электрическую прочность

(72) В.НКатыш621317(08Авторское66975, кл.С ческого отключения его по оконвремени испьггания и в случае иизоляции во время испытанияУстройство содержит формирователь (Ф) 1счетных импульсов, Ф 2 сигнала "Стоп",ф 3 временных интервалов, блок 4 управления,источник 5 калиброванных напряжений, логический ключ (К) б, первый и второй аналоговые К 7, 8, компараторф 9, интегратор 10. усилитель11 мощности постоянного тока, источник 12 тока смещения, магнитный усилитель 13, блок 14 регистрации брака,объект 15 контроля и дегектор 16, Устройство позволяет в широких пределахоперативно изменять величину испытательного напряжения, его скоростьподъема до требуемой величины и скорость спада, время выдержки объектаконтроля под напряжением и чувствительность блока регистрации брака(57) Изовано в у использо- электри- переменескои нос оляци и изирого ие н ышен тся беза ко но ва за счет обретение относи к электрользовано еского бесконтактного регулировани ктрическо ременном го нап ого от жения и план ючения его по пытания и в счуво время испытао при испытании х изделий, а такстабилизирован мени и оляции не важ еременного тощих индуктнвныи характер,представлена блок-схема ля испытания изоляции на ую прочность-;" на фиг. 2 - аграммы, поясняющие рабоа, где зона 1 соответствуму режиму работы устройсти работы устроист альных нагрузках и и коротком замык цепях) и повьппение ва при при проб дежност экстрем нии в испыэлектробеЯЦ туемыхзопас устроистсти при эксплуата ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ .ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯЛЕКТРИЧЕСКУИ ПРОЧНОСТбретение может бытьстройствах контроля токе электротехнических изд акже как управляемый и стаби ный источник питания перемен а, Цель изобретения - повыше ности работы устройства и по электробезопасности достига счет плавного автоматическог тактного регулирования испытательо напряжения и плавного автоматиехнике и может быть и стройствах контроля э прочности изоляциике электротехническже как управляемыйный источник питани Цель изобретения - повышение на испытатепьноавтоматическокончании врчае пробоя иния, что крацепей, носяНа фиг. 1устройства дэлектрическвременные диту устройствет нормально дения плавного автоматива; зона 11 - режим, когда произошелпробой изоляции объекта контроля; зона 111 - режим, когда нарушение изоляции имеет место еще до включения)испытательного напряжения (началокаждой зоны соответствует исходномусостоянию схемы устройства),Устройство содержит формирователь1 счетных импульсов, формирователь 2сигнала "Стоп", формирователь 3 временных интервалов, блок 4 управления,йсточник 5 калиброванных напряжений,логический ключ 6, первый и второйаналоговые ключи 7 и 8, компаратор 9, 5интегратор 10, усилитель мощности 11постоянного тока, источник 12 токасмещения, магнитный усилитель 13, блокрегистрации 14 брака, объект 15 контроля и детектор 16. 20Выход формирователя 1 счетных имПульсов соединен со входом формирователя 2 сигнала "Стоп" и с первым входом формирователя 3 временных интервалов, второй выход формирователя 2 25сигнала "Стоп" соединен со вторым входом логического ключа 6, а первыйвыход с вторым входом формирователя3 временных интервалов, выход которого подключен к первому входу блока 4Управления, первый выход которого сое.динен со входом формирователя 1 счет:ных импульсов и с входом источника5 калиброванных напряжений, второй выход блока 4 управления подключен к уп 35равляющему входу первого аналоговогоключа 7, выход логического ключа 6соединен с третьим входом блока 4 управления, второй выход источника 5калиброванных напряжений подключен ксигнальным входам первого и второгоаналоговых ключей 7 и 8, а первый выход - к первому входу компаратора 9,с вторым входом которого соединен выход детектора 16, выход компаратора 9соединен с управляющим входом второгоаналогового ключа 8 и с первым входомлогического ключа 6, выходы первогои второго аналоговых ключей 7 и 8 соединены соответственно с первым и вторым входами интегратора 10, выход которого через усилитель 11 мощности по,стоянного тока подключен к управляющему входу магнитного усилителя 13, выход блока регистрации. 14 брака подключен ко второму входу блока 4 управления, выход источника 12 тока смещения соединен со входом магнитногоусилителя 13 (обмоткой смещения),первый и второй выходы которого подключены к клеммам для подключения ксети переменного тока, третий выходмагнитного усилителя 13 соединен совходом блока 14 регистрации брака,второй выход которого соединен с первой клеммой для подключения объекта15 контроля, третий выход магнитногоусилителя соединен с первым входомдетектора 16, второй вход которогосоединен с четвертым выходом магнитного усилителя 13 и со второй клеммойдля подключения объекта контроляформирователь 1 счетных импульсовгенерирует импульсы с частотой 1 Гц.Импульсы формируются из гармонического сигнала напряжения промышленнойчастоты триггером Имитта и двоичнымсчетчиком. Погрешность отсчета интервала определяется нестабильностью частоты сети 50 Гц, которая составляет+12 и является для данной цели вполне приемлемой,Формирователь 2 сигнала "Стоп" вы;полнен на интегральных двоичных счетчиках и четырех элементах И-НЕ, накоторых собран ждущий мультивибратор,формирующий выходной импульс. Формирователь слуит для получения сигнала, отключающего устройство при наличии короткого замыкания в объекте 15контроля и для получения интервалавремени, в течение которого происходит установление заданного испытательного напряжения.Формирователь 3 временных интервалов служит для получения стандартных интервалов (60 с, 120 с или других), в течение которых заданное испытательное напряжение прикладываетсяк объекту 15 контроля, и представляетсобой импульсный счетчик - делительна 60 и 120, выполненный на интегральных счетчиках, Переключатель длительности выдержек внутри формирователя3 (фиг. 1) не показан.Блок 4 управления выполнен на КЬтриггере 17, который управляетсякнопкой "Старт" по входу Б. По входуК триггер 1 управляется кнопкойСтоп импульсом с логического ключа6, импульсом с формирователя 2 сигнала "Стоп" или с выхода формирователя 3 временных интервалов.Источник 5 калиброванных напряжений служит для получения калиброванного напряжения (в конкретном случае75140 6 5 10 15 20 25ЗО 35 40 45 50 5 15работы интегратора 10 и для получения опорного напряжения, подаваемогона вход компаратора 9. Напряжение -2,5 В получается из стабилизированного на уровне + 1,5 Р с помощью резистора 18 и стабилитрона 19 напряжениялогической "1", которая поступает синверсного выхода триггера 17 блока4 управления. Напряжение +1,5 В подается на масштабный усилитель, выполненный на резисторах 20 и 21 и операционном усилителе 22. На прямой входусилителя 22 с резистора 23 поступает опорное напряжение, обуславливающее напряжение + 0,5 В на выходе усилителя 22 при поступлении на его инверсный вход напряжения логическогонуля с триггера 17 блока 4 управления,Опорное напряжение на вход компаратора 9 снимается с резистора 24,Логический ключ 6 собран на элементе И-НЕ и служит для передачи управляющих сигналов с компаратора 9 иформирователя 2 сигнала "Стоп 1 наблок 4 управления.Первый и второй аналоговые ключи7 и 8 служат для управления работойинтегратора 10 и организованы нафункциональной интегральной схеме.Компаратор 9 служит для получениясигнала управления вторым аналоговымключом 8 и логическим ключом 6 в схеме установления и поддержания испытательного напряжения и организован нафункциональной интегральной схеме,Интегратор 10 реализован на операционном усилителе 25, содержит таймирующие резисторы 26 и 27, зарядныйконденсатор 28, резистор 29 разряда иограничивающий диод 30 и служит дляуправления усилителем 11 мощностипостоянного тока в схеме установленияи поддержания испытательного напряже-ния.Усилитель 11 мощности постоянноготока обеспечивает необходимый ток вуправляющей обмотке магнитного усилителя 13.Источник 12 тока смещения представ-.ляет собой источник .постоянного тока,питающийся от силового трансформатораблока питания устройства (не указан)и служит для создания начальной индукции в сердечниках магнитного усидителя 13.Магнитный усилитель 13 являетсярегулирующим элементом, с которогоснимается испытательное напряжение,и представляет собой дифференцйаль= ный магнитный усилитель с трансформа1.торными управляющими элементами и содержит дне индуктивности (1., и 1.) с полуобмотками смещения 31 и 32, уп-равления 33 и 34, сетевого питания 35 и 36 и выходными 37 и 38, Аварийной нагрузкой выходных полуобмоток 37 и 38 является мощный резистор 39, а контроль величины испытательного напряжения осуществляется вольтметром 40 переменного тока, Резистором 41 устанавливается ток в полуобмотках смещения 31 и 32, при котором напряжение на выходных полуобмотках 37 и 38 равно нулю. Достоинством магнитного усилителя 13 данной схемы является возможность получения практически любого выходного напряжения (соотношение витков сетевых и выходных полуобмоток) и ток (напряжение) в цепи нат - рузки при отсутствии тока в управляющих полуобмотках равен нулю.Блок 14 регистрации брака служит для выработки команды на отключение испытуемого напряжения в случае пробоя изоляции объекта 15 контроля и состоит из трансформатора 42, диода 43, конденсатора 44 фильтра, дифференциатора, собранного на конденсаторе 45, операционном усилителе 46,триггере Ымитта 47 и схемы индикации,состоящей из триггера 48 и светодиода 49,Детектор 16 слуит для полученияпостоянного напряжения сравнения, которое пропорционально выходному испытательному напряжениюи состоит изтрансформатора 50, диода 51 и конденсатора Фильтра 52.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии формирователь1 счетных импульсов отключен (фиг.2),так как на одном из входов И триггераИмитта присутствует логический "0" сЯ-выхода триггера 17 блока 4 управления. Одновременно этот логический "0" поступает на вход источника5 калиброванных напряжений и преобразуется операционным усилителем 22 вположительное напряжение +0,5 В, которое подается на сигнальные входы аналоговых ключей 7 и 8. Поскольку науправляющих входах аналоговых ключей7 и 8 присутствует логическая "1" спрямого выхода триггера 17 (фиг. 2,7 8) и с выхода компаратора 9,гсоответственно это напряжение проходит на вход инвертирующего интеграто.ра 10, выходное напряжение которогоимеет отрицательную полярность (фиг.2,513) и ограничено на уровне -0,7 Вдиодом 30. Это напряжение поступаетна вход усилителя 11 мощности постоян ного тока, который при отрицательном . напряжении на входе закрыт (фиг. 2, ,14) и ток в управляющих полуобмотках33 и 34 отсутствует, при этом в выход ных полуобмотках 37 и 38 индуцируется,некоторая .электродвижущая сила (ЭДС), обусловленная соотношением витков с сетевыми полуобмотками 35 и 36, но вследствие .того, что выходные полуоб,мотки 37 и 38 включены встречно, сум:марная ЭДС .равна О, т.е. к объекту 15 ; контроля не прикладывается испытатель ное напряжение. При нажатии кнопки , ".Старт" триггер 17 блока 4 управле-ния срабатывает и напряжение логической "1" по входу И триггера Имитта формирователя 1 счетных имйульсов раз решает его работу (фиг. 2, зона 1, 1). Счетные импульсы частотой 1 Гц (секундные) поступают на счетчик формирователя 2 сигнала "Стоп", который формирует временной интервал подъема 30 испытательного напряжений (для примераС) (фиг. 2, 2), Это же напряжение логической "1" приходит на вход источника 5 калиброванных напряжений, ограничивается стабилитроном 195 цо уровня +1,5 В и преобразуется опера" ционным усилителем 22 в напряжение -2,5 В (фиг. 2, 6), которое поступает на сигнальные входы аналоговых ключей 7 и 8. Одновременно напряжение 40 логического "0" с О-выхода триггера 17 блока 4 управления приходит на управляющий вход первого аналоговогоключа 7 и закрывает его (фиг. 2, 8), но второй аналоговый ключ 8 находится 45в проводящем состоянии (фиг, 2, 9), так как на его управляющем входе присутствует логическая "1" с выхода компаратора 9 (фиг.2, 10). Таким обра, зом,напряжение -2,5 В с источника 5 калиброванных напряжений проходит через резистор 27 на вход интегратора 10, на выходе которого появляется положительное напряжение (фиг. 2, 13), поступающее на вход усилителя 11.мощности постоянного тока, нагрузкой которого являются управляющие полуобмотки 33 и 34 магнитного усилителя 13. Ток в управляющих полуобмотках 33 и 34 возрастает (фиг. 2, 14). При этом в магнитном элементе, содержащем выходную полуобмотку 37, индукция, обусловленная током смещения в полуобмотке 31, будет. уменьшаться, а в магнитном элементе с полуобмотками 38 и 32 будет возрастатьЭто вызывает увеличение трансформированной ЭДС в полу- обмотке 37 и уменьшение в полуобмотке 38, т.е, появление выходного напряжения, которое прикладывается к объекту 15 контроля, форма изменения вы/ ходкого напряжения будет повторять форму изменения управляющего тока в полуобмотках управления 33 и 34(фиг, 2, 14). Скорость нарастания тока, а следовательно, и напряжения на выходе магнитного усилителя 13 определяется резистором 27, емкостью конденсатора 28 интегратора 10 и величиной напряжения с источника 5 калиброванных напряжений, величинами которых можно задаваться в широких пределах,Прн увеличении напряжения на выходе магнитного усилителя 13 пропорционально увеличивается напряжение с детектора 16 и при достижении им величн. ны, установленной резистором 24 в источнике 5 калиброванных напряжений, сравнивается компаратором 9 и выработанный им сигнал логического "О" (фиг. 2, 11) закрывает аналоговыйключ 8 (фиг. 2, 9). Напряжение -2,5 В,которое приходит на вход интегратора 10 с операционного усилителя 22 через второй аналоговый ключ 8, отключается, Поскольку конденсатор 28 интегратора 10 зашунтирован резистором 29, последний начинает разряжаться (фиг, 2, 12). Напряжение на выходе интегратора10 и соответственно на входе усилителя 11 мощности начинает падать, уменьшается ток в управляющих полуобмотках 33,34 магнитного усилителя 13 (фиг, 2, 14), а также переменное напряжение на его выходе и пропорционально ему напряжение с детектора 16,При уменьшении этого напряжения на выходе компаратора 9 вырабатывается напряжение логической "1" (фиг, 2, 11), которое открывает второй аналоговый ключ 8 (фиг. 2, 9), и на вход интегратора 10 вновь поступает напряжение -2,5 В с операционного усилителя 22, т.е. происходит "подкачка" конденсатора 28 интегратора 10, в конечном итоге - стабилизация переменного напряжения на выходе магнитного усилите1 О 54 о 15 25 9 157ля 13, Таким образом, подключение интегратора 10 к источнику 5 калиброванных напряжений представляет собойпоследовательность импульсов с моду- .ляцией по широте (ЫИМ). Вьдержкаобъекта 15 контроля под напряжениемобуславливается формирователем 3 временных интервалов, который запускается импупьсом с формирователя 2 сигнала "Стоп" после отработки последниминтервала подъема напряжения,При возникновении пробоя (Фиг. 2,эона 11) в испытуемой цепи во времявыдержки под напряжением в выходныхполуобмотках 37 и 38 магнитного усилителя 13 происходит бросок тока,что приводит к броску напряжения вовторичной обмотке трансформатора 42блока 14 регистрации брака, Этот бросок переменного напряжения детектируется диодом 43 с фильтром на конденсаторе 44 и через конденсатор 45 поступает на вход усилителя 46 дифференциатора, Выходной импульс с усилителя 46 Формируется в прямоугольныйтриггером Нмитта 47 (фиг. 2, 10) ипо К-входу возвращает триггер 17 блока 4 управления в исходное состояние(фиг. 2, 4,5), т.е, переводит устройство в режим отключения испытательного напряжения, при этом срабатываеттриггер 48 схемы индикации пробоя изагорается светодиод 49,Режим отключения испытательногонапряжения происходит следующим образом. При переключении триггера 17блока 4 управления логический "0" с(-выхода поступает на вход И триггера11 митта формирователя 1 счетных импульсов и выключает его (фиг. 2, 1), Этотже сигнал поступает на вход источника5 калиброванных напряжений(резистор18) и на выходе операционного усилителя 22 появляется напряжение +0,5 В"1" поступает на управляющий вход первого аналогового ключа 7 и открываетего, при этом напряжение +0,5 В с вы-.хода усилителя 22 проходит через негои поступает через резистор 26 на входусилителя 25 интегратора 10, выходное напряжение интегратора 10 линейно меняется с положительного на отрицательное (фиг. 2, 13), воздействуя ,через усилитель 11 мощности на токв управляющих полуобмотках 33 и 34магнитного усилителя 13 и в конечном итоге это приводит к уменьшению выход. ного напряжения до нуля (фиг. 2, 14). Скорость уменьшения выходного напряжения может регулироваться величинойположительного напряжения с выходаоперационного усилителя 22, котороеустанавливается величиной опорногонапряжения с резистора 23. Напряжение 10 с выхода операционного усилителя 22 поступает на вход интегратора 10 через первый аналоговый ключ 7 н резистор 26. Регулировка скорости необходима при испытании цепей, обладающих индуктивностью,Если короткое замыкание в испытываемой цепи возникло до приложения испытательного напряжения, выходное напряжение начинает выделяться на балластном резисторе 39 магнитного усилителя 13, а бросок тока в первичной обмотке трансформатора 42 блока 14 регистрации брака заставляет срабатывать систему отключения устройства.Если испытываемая цепь. имеет пониженное сопротивление, скорости нарастания тока в первичной обмотке трансформатора 42 блока 14 регистрациибрака может не хватить для срабатыва 30 ния дифференциатора и в конечном итоге для переключения устройства в режим отключения испытательного напряжения (Фиг. 2, эона 111).В этом случае защита магнитногоусилителя 13 от перегруза происходитследующим образом,Возрастающее напряжение на выходемагнитного усилителя 13 делится междуобъектом 15 контроля и балластным резистором 39, так как они включены пос.ледовательно. При этом трансформатор50 детектора 16 оказывается подключенк объекту 15 контроля параллельно,т.е. детектор 16 Фиксирует напряжение45 меньшее на величину, выделившуюся набалластном резисторе 39. В этом случае скорость подъема испытательногонапряжения уменьшается относительноустановленной, а переключение устрой 50 ства в режим уменьшения испытательного напряжения осуществляется по ограничению .времени установления заданного значения испытательного напряжения.Это время устанавливается на 1 с боль.55 ше, чем необходимое для установления .испытательного напряжения (фиг.2,2),формирователем 2 сигнала "Стоп".Логическая "1" с его выхода поступает на,первый вход логического ключа 6 ипри отсутствии запрещающего сигнала (логического "О") с компаратора 9 (фиг, 2, 11) на его втором входе формирует импульс логического "О" (фиг2, 7), который приходит на К-вход триггера 17 блока 4 управления, при этом триггер переключается в исходное состояние (фиг. 2, 4,5), отключая формирователь 1 счетных импульсов (фиг.2, 1).и далее отключение всего устройст" ва происходит по аналогии с отключением приокончании времени интервалаиспытания (нормальный режим). Запре" щающая команда компаратором 9 выраба 15 тывается только в случае, когда напряжение, поступающее с детектора 1 б на второй вход компаратора, меньше напряжения на его первом входе, поступающего с резистора 24 источника 5 калиброванных напряжений, которым устанавливается конечная величина вы- ходного напряжения магнитного усилителя 13.25Таким образом, ток в испытываемой цепи с индуктивностью при наличии утечки или короткого замыкания плавно увеличивается и так же плавно уменьшается, тем самым предотвращая 30 выбросы напряжения. Ограничение тока до безопасной для магнитного усилителя 13 величины (при необходимости и для объекта 15 контроля) производится соответствующим подбором балластного резистора 39.В результате применения данного устройства для испытания изоляции на электрическую прочность переменным .током не допускаются всплески напряжения. в испытуемых цепях, обладающих индуктивностью, что предотвращает разрушение оЬъекта испытания и повышает электробезопасность обслуживающего персонала. Применение устройства 45 позволяет в.широких пределах оперативно изменять такие параметры, как величина испытательного напряжения, его скорость подъема до требуемой величины и скорость спада, время выдержки оЬъекта 15 контроля под напряжением и чувствительность блока 14 регистрации Ьрака (пробоя) изоляции, позволяет поднять производительность труда при улучшении показателей качества, дает возможность производить испытания менее квалифицированным работникам. Формула из обретения Устройство для испытания изоляции на электрическую прочность, содержащее формирователь временных интервалов, блок управления, источник калиб-. рованных напряжений, компаратор, блок регистрации брака, выход формирователя временных интервалов соединен.с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с входом источника калиброванных напряжений, первый выход блока регистрации брака соединен с вторым входом блока управления, первый выход источника калиброванных напряжений соединен с первым входом компаратора, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при экстремальных нагрузках и повьпцения электробезопасности при эксплуатации устройства, в него введены формирователь счетных импульсов, формирователь сигнала Стоп логический ключ первый .и второй аналоговые ключи, интегратор, усилитель мощности постоянного тока, источник тока смещения, магнитный усилитель и детектор, при этом выход формирователя счетных им-. пульсов соединен с первым входом формирователя временных интервалов, с входом формирователя сигнала "Стоп", первый выход которого соединен с вто" рым входом формирователя временных интервалов, второй выход формирователя сигнала "Стоп" соединен с первым входом логического ключа, выход которого соединен с третьим входом блока управления, первый выход Ьлока управления соединен с входом формирователя счетных импульсов, второй выход источника калиброванных напряжений соединен с сигнальными входами первого и второго аналоговых ключей, выход второго аналогового ключа соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом первого аналогового ключа, выход интегратора через усилитель мощности постоянного тока соединен с управляющим входом магнитного усилителя, второй вход компаратора соединен с выходом детектора, а выход компаратора - с управляющим входом второго аналогового ключа и с первым входом логического ключа, второй выход блока управления соединен с управляющим входом первогоаналогового клкча, выход источил а тока смещения соединен с вторым входом магнитного усилителя, перый и второй выходы которого соединены с5 клеммами для подключения к источнику переменцого напряжения, третий выход магнитного усилителя соединен с первым входом детектора и входом блока регсстра 1 и бракаГзторо ход которог соедиен с первой ке 1 оЙляподключения объекта котроя, четвертый выход магнитного усилителя соединен с вторым входом детектор и с второй клеммой для подключения об 1 ектаконтроля,=11 Составитель Е, Ку Техред Л.Сердюко рректор Э. Лончако Сегляник Тираж 562 одписное енного комитета па из13035, Москва, Б,с Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг ул. Гагарина, 101 Редактор И Заказ 1783ВНИИПИ Гос бретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д. 4/5