Устройство для контроля изоляции электрических систем
Полезная модель направлена на повышение точности распознавания вида повреждения, чувствительности и помехоустойчивости в электрических сетях большой протяженности (кабельных линиях).
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для контроля изоляции электрических систем, содержит генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока, непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе, и повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке.
При этом генератор сети своими двумя выходами подсоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого присоединены к входу блока вентильной защиты, выходы которого подсоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент, с установленными в нем симистором, реле и лампой накаливания своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен, к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, первичная обмотка повышающего трансформатора своими входами подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для защиты электрических установок постоянного тока с изолированными от земли проводами от аварийных режимов.
Известно устройство для контроля изоляции электрических систем (Патент 
72797 РФ, МПК Н02Н 3/17. Устройство для контроля изоляции электрических систем/Балюк А.А., Борзеев И.Я., Катин В.Д.; ДВГУПС (РФ). - 2007147759; 3аявлено 20.12.2007. Опубл. 27.04.2006. Бюл.12.)
Устройство содержит генератор сети, блок присоединения, нагрузку, блок вентильной защиты, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент.
Блок присоединения, присоединенный к блоку вентильной защиты и нагрузке содержит дифференциальный автомат последовательно соединенный с разделительными конденсаторами. Входы дифференциального автомата являются входами блока присоединения. Два выхода дифференциального автомата являются двумя выходами блока присоединения, первый и второй выходы дифференциального автомата являются третьим и четвертым выходом блока присоединения, а выход разделительных конденсаторов - его пятым выходом.
Измерительный блок, представляет собой реле, шунтированное конденсатором. Вход реле является входом измерительного блока, а выход - реле - его выходом.
Исполнительный элемент представляет собой катушку отключения дифференциального автомата. Вход катушки является входом исполнительного элемента, а выход контакта реле - его выходом.
Заградительный блок представляет собой колебательный контур, вход и выход которого является входом и выходом заградительного блока.
Два выхода генератора сети подключены к входам блока присоединения, первый и второй выходы которого подсоединены к входам вентильной защиты, выходы которого соединены с нагрузкой. Третий, четвертый и пятый выходы блока присоединения присоединены к входам исполнительного элемента и заградительного блока.
Один выход генератора тока непромышленной частоты соединен с первым входом выпрямителя, а второй выход с землей.
Устройство работает следующим образом.
Ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и затем на блок вентильной защиты и на нагрузку. Одновременно ток генератора непромышленной частоты поступает на нагрузку через выпрямитель, заградительный блок, разделительный конденсатор блока присоединения, блок вентильной защиты и затем на землю. В блоке присоединения токи от генератора сети и непромышленной частоты накладываются и результирующий ток утечки, управляется контактом реле измерительного блока. Кроме того, ток от генератора сети поступает через дифференциальный автомат блока присоединения на отключающую катушку исполнительного элемента. Этот путь прохождения тока является основным путем.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, а величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока. Контакт реле измерительного блока находится в отключенном состоянии. Ток от генератора сети и непромышленной частоты продолжают поступать на нагрузку. Измерительный блок показывает величину результирующего тока нагрузки, соответствующей техническим нормам.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше допустимых значений и включает контакт реле измерительного блока, который показывает величину утечки результирующего тока нагрузки контролируемой сети, превышающую технические нормы.
При прохождении тока по второму пути включается контакт реле измерительного блока и на отключающую катушку исполнительного элемента поступает ток, который отключает ток генератора сети через дифференциальный автомат блока присоединения от нагрузки. Блок вентильной защиты отключает нагрузку от контролируемой сети. Ток от генератора непромышленной частоты продолжает поступать на контролируемую сеть. Устройство, основанное на наложении на контролируемую сеть напряжения непромышленной частоты от генератора и путем введения в него блока вентильной защиты, заградительного блока и усовершенствования измерительного блока повышает точность измерения и электробезопасность.
Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет распознавать вид повреждения от воздействия теплового излучения внешней среды, имеет низкую чувствительность при фиксации срабатывания от воздействия теплового излучения от источников внешней среды и не позволяет определить место повреждения в контролируемой сети.
Кроме того, устройство не позволяет осуществлять контроль сетей большой протяженности (кабельных линий), так как оно не обладает достаточной чувствительностью, надежностью и точностью измерения для сетей большой протяженности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изоляции электрических систем (патент 86807 РФ, МПК Н02Н 3/17. Устройство для контроля изоляции электрических систем./ Балюк А.А., Борзеев И.Я.; ДВГУПС (РФ). - ,2008150886, Заявлено 22.12.2008 Опубл. 10.09.2009. Бюл. 25)
Устройство для контроля изоляции электрических систем содержит генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе.
Генератор сети своими двумя выходами подсоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого подсоединены к входу блока вентильной защиты, выход которого подсоединен к нагрузке. Генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения.
Исполнительный элемент своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен, к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, которые своими выходами подсоединены к земле.
Блок присоединения содержит дифференциальный автомат, соединенный с разделительными конденсаторами, входы дифференциального автомата являются двумя выходами блока присоединения, первый и второй выходы дифференциального автомата являются третьим и четвертым выходом блока присоединения, а выход разделительных конденсаторов - его пятым выходом. Шестым выходом блока присоединения является выход датчика тока вход, которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов.
Заградительный блок представляет собой колебательный контур. Вход и выход колебательного контура являются входом и выходом заградительного блока.
Измерительный блок представляет собой реле шунтированное конденсатором, вход реле является входом измерительного блока, а выход реле - его выходом.
Исполнительный элемент представляет собой катушку отключения дифференциального автомата. Вход катушки является входом исполнительного элемента, а выход объединенных контактов - его одним выходом, другим выходом является вход симистора, и сигнальной лампы объединенных между собой.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и далее на блок вентильной защиты и нагрузку одновременно ток генератора непромышленной частоты поступает на нагрузку - через выпрямитель, заградительный блок, разделительные конденсаторы блока присоединения, блок вентильной защиты нагрузку и затем на землю. Этот путь прохождения тока является основным путем. В блоке присоединения токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты накладываются и результирующий ток утечки, поступает на контакт реле измерительного блока. По второму пути ток от генератора сети поступает через дифференциальный автомат блока присоединения на отключающую катушку исполнительного элемента продолжает поступать на контролируемую сеть.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, а величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока, при этом контакты исполнительного элемента находятся в отключенном состоянии. Токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты продолжают поступать на нагрузку.
Измерительный блок показывает величину утечки результирующего тока нагрузки соответствующей техническим нормам. Датчик тока в блоке присоединения, симистор в исполнительном элементе закрыты, сигнальная лампа не горит.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше допустимого значения и включает контакт реле измерительного блока, который показывает величину утечки результирующего тока нагрузки контролируемой сети, превышающую технические нормы. При этом включении контакта реле на отключающую катушку исполнительного элемента поступает ток, который отключает ток генератора сети через дифференциальный автомат блока присоединения от нагрузки, а блок вентильной защиты отключает нагрузку от контролируемой сети. Ток от генератора непромышленной частоты продолжает поступать на контролируемую сеть по второму пути, т.е. ток продолжает течь через измерительный блок, заградительный блок, блок присоединения.
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть датчик тока в блоке присоединения открывается, и ток от генератора непромышленной частоты поступает на вход симистора и сигнальную лампу, при этом симистор, выход которого подсоединен к входу реле, открывается, и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю. Затем включается контакт реле, который также задействован в поступлении тока на отключающую катушку дифференциального автомата. Сигнальная лампа горит и продолжает гореть после отключения генератора сети от нагрузки, что указывает на процесс распознавания вида повреждения. При этом чувствительность срабатывания устройства контроля изоляции электрических систем значительно повышается.
Таким образом, представляется возможность отыскать место повреждения в контролируемой сети при ее отключении от генератора сети, так как ток от генератора непромышленной частоты поступает независимо от состояния контролируемой сети на симистор, реле и сигнальную лампу, которые все время поиска будут находиться во включенном состояний. Место повреждения находят по месту расположения датчика тока в контролируемой сети.
Устройство позволяет распознать вид повреждения, повысить чувствительность устройства к срабатыванию от взаимодействия внешних источников теплового излучения и определить место повреждения в контролируемой сети.
Недостатком устройства для контроля изоляции электрических систем является то, что оно не позволяет с достаточной точностью распознавать вид повреждения в электрических сетях большой протяженности, например в кабельных линиях, имеет низкую чувствительность и помехоустойчивость в наиболее удаленных местах от источника тока.
Задачей полезной модели является создание устройства для контроля изоляции электрических систем, позволяющего повысить точность распознавания вида повреждения в сетях большой протяженности (кабельных линиях), его чувствительность и помехоустойчивость.
Для решения поставленной задачи в известном устройстве для контроля изоляции электрических систем, содержащем генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока, непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе, при этом генератор сети своими двумя выходами подсоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого присоединены к входу блока вентильной защиты, выходы которого подсоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент, с установленными в нем симистором реле и лампой накаливания своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен, к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, дополнительно установлен повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке, первичная обмотка которого своими входами подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа являются установка повышающего трансформатора, расположение его в заградительном блоке, и новые взаимосвязи в устройстве.
Благодаря отличительным признакам заявляемое решение позволяет значительно увеличить точность распознавания вида повреждения в электрических сетях большой протяженности (кабельных линиях), и, кроме того, увеличить его чувствительность и помехоустойчивость. Это обусловлено тем, что при осуществлении контроля изоляции электрических сетей большой протяженности (кабельные линии) за счет введения повышающего трансформатора увеличивается мощность передаваемого сигнала в контролируемую сеть и компенсируется ее емкостная составляющая, что приводит к повышению точности измерения. Кроме того, за счет разделения измерительных цепей подачи и приема сигнала в заградительном блоке с помощью сердечника повышающего трансформатора исключаются помехи в измерительном блоке в момент измерения контролируемой величины сопротивления изоляции, что приводит к помехоустойчивости устройства и повышению его чувствительности.
Предлагаемое решение поясняется чертежом.
На фигуре представлена схема устройства для контроля изоляции электрических систем.
Устройство для контроля изоляции электрических систем содержит генератор сети 1, блок присоединения 2, блок вентильной защиты 3, нагрузку 4, генератор тока непромышленной частоты 5, выпрямитель 6, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок 7, измерительный блок 8, исполнительный элемент 9, повышающий трансформатор 10.
Блок присоединения 2, присоединенный к блоку вентильной защиты 3 и нагрузке 4 содержит дифференциальный автомат 11, последовательно соединенный, с разделительным конденсатором 12 и параллельно с разделительный конденсатором 13, входы дифференциального автомата 11 являются двумя выходами блока присоединения 2, первый и второй выходы дифференциального автомата 11 являются третьим и четвертым выходами блока присоединения 2, а выход разделительного конденсатора 12 - его пятым выходом, шестым выходом блока присоединения 2 является выход датчика тока 14, вход которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов 13.
Заградительный блок 7 представляет собой колебательный контур в виде повышающего трансформатора 10, вход и выход его являются входом и выходом заградительного блока.
Измерительный блок 8 представляет собой реле 15, шунтированное конденсатором 16, вход реле 15 является входом измерительного блока 8, а выход реле 15 - его выходом.
Исполнительный элемент 9 представляет собой катушку отключения 17 дифференциального автомата 11, симистор 18, выход которого соединен с входом реле 19, выход которою соединен с землей, сигнальную лампу 20, вход которой параллельно с входом симистора 18 подсоединен к выходу датчика тока 14, а выход соединен с землей. Вход катушки 17 является входом исполнительного элемента 9, выход объединенных контактов 21, 22 - его одним выходом, другим выходом является вход симистора 18 и сигнальной лампы 20, объединенных между собой. Другим выходом блока исполнительного элемента 9 является объединенный выход реле 19 и сигнальной лампы 20 соединенных с землей.
Два выхода генератора сети 1 подключены к входам блока присоединения 2 первый и второй выходы которого подсоединены к входам блока вентильной защиты 3, выходы которого соединений с нагрузкой 4, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока присоединения 2 присоединений к входам исполнительного элемента 9 и заградительного блока 7.
В качестве генератора сети 1 выбран генератор ПН-140, блок вентильной защиты 3 оборудован силовыми диодами ВК-200, генератор тока непромышленной частоты 5 - АД-20М, выпрямитель 6 - оборудован диодами Д226Д.
В блоке присоединения 2 использован дифференциальный автомат ПМВ и конденсаторы типа КБГ-МП 600 В, датчик тока типа ДПС. В заградительном блоке 7 введем повышающий трансформатор 10 Тр-600 - 2200/3000 и использован конденсатор КБГ-400 В.
В качестве исполнительного элемента 9 использованы катушка 17 пускателя ПМВ, реле РКП, симистор, сигнальная лампа ЛС.
В измерительном блоке 8 использовано реле РЭС 64А с током срабатывания 1,2-1,3 мА и миллиамперметр M200I-24.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток генератора сети 1 поступает на дифференциальный автомат 11 блока присоединения 2 и затем на блок вентильной защиты 3 и нагрузку 4. Одновременно ток генератора непромышленной частоты 5 поступает на нагрузку 4 через выпрямитель 6, повышающий трансформатор 10 заградительного блока 7, разделительные конденсаторы 11, 12 блока присоединения 2, блок вентильной защиты 3, нагрузку 4 и далее на землю, который является основным путем прохождения тока. В блоке присоединения 2 токи от генератора сети 1 и генератора непромышленной частоты 5 накладываются, результирующий ток утечки, который управляет контактами 21, 22 поступает, на реле 15, измерительного блока 8. Кроме того, ток от генератора сети 1 поступает на дифференциальный автомат 11 блока присоединения 2 и на отключающую катушку 17 исполнительного элемента 9.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки 4 имеет допустимое значение, величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта 21 реле 15 измерительного блока 8.
При этом контакты 21, 22 исполнительного элемента 9 находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети 1 и генератора непромышленной частоты 5 продолжают поступать на нагрузку 4, измерительный блок 8 показывает величину тока утечки результирующего тока нагрузки 4 соответствующей техническим нормам. Датчик тока 14 в блоке присоединения 2 симистор 18 в исполнительном элементе 9 закрыты, сигнальная лампа 20 в исполнительном элемент 9 не горит.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки 4 ниже установленных норм результирующий ток утечки значительно увеличивается за счет увеличения мощности подаваемого сигнала со вторичной обмотки повышающего трансформатора 10 в заградительном блоке 7, величина его получается выше установленных норм (допустимого значения) и включает контакт 21 реле 15 измерительного, блока 8, который показывает величину утечки результирующего тока нагрузки 4 контролируемой сети, превышающую технические нормы. При включении контакта 21 реле 15 на отключающую катушку 17 исполнительного элемента 9 поступает ток, который отключает ток генератора сети 1 через дифференциальный автомат 11 блока присоединения 2, блок вентильной защиты 3 отключает нагрузку 4 от контролируемой сети.
Ток от генератора непромышленной частоты 5, продолжает поступать на нагрузку 4 через выпрямитель 6, повышающий трансформатор 10 заградительного блока 7, разделительные конденсаторы 11, 12 блока присоединения 2, блок вентильной защиты 3, нагрузку 4 и далее на землю, что дает некоторое время для поиска, и устранения неисправностей в электрооборудовании технологического процесса, при этом повышается точность измерения, и помехоустойчивость, за счет разделения измерительных цепей сердечником повышающего трансформатора 10 заградительного блока 7.
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть в дальней точке нагрузки 4 датчик тока 14 в блоке присоединения 2 открывается и ток от генератора непромышленной частоты 5 поступает на вход симистора 18 и сигнальную лампу 20, при этом симистор 18 открывается, ток поступает на реле 19, контакт 21 замыкается и включат катушку отключения дифференциального автомата 17, включается контакт 22 реле 19, который также задействован в поступлении тока на отключающую катушку 17 дифференциального автомата 11 и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю.
При этом сигнальная лампа 20 горит и продолжает гореть после, отключения генератора сети 1 от нагрузки 4, что указывает на процесс распознавания вида повреждения. Чувствительность срабатывания устройства значительно повышается за счет включения в эту работу повышающего трансформатора 10 в заградительном блоке 7, со вторичной обмотки которого поступает сигнал большой мощности одновременно на вход измерительного блока 8 и вход выпрямительного блока 6. Из-за снижения сопротивления изоляции в контролируемой сети нагрузки 4 определяется место повреждения в наиболее удаленной точке от места источника тока, генератора сети 1.
При этом представляется возможным отыскать место повреждения в контролируемой сети при ее отключении от генератора сети 1, так как ток от генератора непромышленной частоты 5 поступает независимо от состояния контролируемой сети на симистор 18, реле 19 и сигнальную лампу 20, которые за все время, поиска будут находиться во включенном состоянии. Место повреждения находят по месту расположения датчика тока 14 в контролируемом сети.
Устройство для контроля изоляции электрических систем, содержащее генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе, при этом генератор сети своими двумя выходами подсоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого присоединены к входу блока вентильной защиты, выходы которого подсоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент с установленными в нем симистором, реле и лампой накаливания своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, отличающееся тем, что устройство снабжено повышающим трансформатором, расположенным в заградительном блоке, при этом первичная обмотка трансформатора своими входами подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока.
