Устройство для контроля сопротивления изоляции электрических сетей с изолированной нейтралью
Устройство для контроля сопротивления изоляции относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью содержит гальванически развязанный от измеряемой сети источник питания постоянного напряжения, ограничительное сопротивление, шунт и средство измерения, включаемые в цепь последовательно с сопротивлением изоляции. Средство измерения выполнено с возможностью измерения отношения вольтам-перных характеристик участка цепи, содержащего ограничительное сопротивление, и участка цепи, параллельного источнику питания. Новым является то, что участок цепи, параллельной источнику питания, содержит опорный делитель напряжения, а средство измерения выполнено с возможностью определения сопротивления изоляции по отношению напряжений на шунте и опорном сопротивлении.
Полезная модель относится к устройствам для измерения сопротивления изоляции относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью, в частности судовых электрических сетей.
Известно устройство для измерения сопротивления изоляции трехфазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее источник питания постоянного напряжения, включенный последовательно с эквивалентным сопротивлением изоляции, ограничительным резистором и измерительным токовым прибором [Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 Вт. - М.: Энергия, 1972, С.85]. Подобным образом, например, устроены серийно выпускаемые в настоящее время устройства «Электрон-1» и другие подобные устройства, различающиеся конструктивно, например, включающие дополнительный источник переменного напряжения [а.с. SU 828116, опубл.07.05.1981] или каскад усиления полезного сигнала [заявка JP 61266966, опубл.26.11.1986].
Недостатком вышеописанных устройств является зависимость показаний измерительного прибора от стабильности напряжения источника постоянного напряжения, относительно низкие точность и разрешающая способность.
Для исключения влияния колебаний напряжения источника питания применяют логометры, измеряющие не силу тока, а отношение двух токов. Например, известно устройство для измерения сопротивления изоляции с использованием постоянного оперативного напряжения реле утечки, содержащее логометр и измерительный трансформатор [а.с. SU 303596, опубл.13.05.1971]. Однако, устройства, содержащие логометры обладают относительно низкой точность измерений и временной стабильностью метрологических параметров (изменение индукции в зазоре, износ кернов и подпятников и т.п.). В качестве прототипа выбрано одно из подобных устройств, содержащее гальванически развязанный от измеряемой сети источник питания постоянного напряжения, включаемый последовательно с измеряемым сопротивлением изоляции, ограничительным сопротивлением и омметр-логометром [Магаршак Б.Г. Судовые электро-измерительные приборы. -Л.: Судостроение. 1976, С.155].
Общим недостатком устройств, содержащих логометры, является относительно низкая точность измерений и необходимость обесточивания сети.
Решаемая техническая задача - повышение точности, надежности, разрешающей способности и функциональности одновременно со снижением требований к стабильности источника постоянного напряжения, и, следовательно, к его упрощению.
Предлагается устройство для контроля сопротивления изоляции относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью, содержащее гальванически развязанный от измеряемой сети источник питания постоянного напряжения, ограничительное сопротивление, шунт и средство измерения, включаемые в цепь последовательно с сопротивлением изоляции. Средство измерения выполнено с возможностью измерения отношения вольтамперных характеристик участка цепи, содержащего ограничительное сопротивление, и участка цепи, параллельного источнику питания. Новым является то, что участок цепи, параллельной источнику питания, содержит опорный делитель напряжения, а средство измерения выполнено с возможностью определения сопротивления изоляции по отношению напряжений на шунте и опорном сопротивлении.
Для ограничения токов, участок цепи, содержащий ограничительное сопротивление, содержит резистор, используемый в качестве шунта, включенный последовательно в цепь с ограничительным сопротивлением и сопротивлением изоляции.
Участок цепи, параллельной источнику питания, может быть выполнен в виде делителя напряжения на базе двух последовательных сопротивлений, с одного из которых снимается опорное напряжение.
Для фильтрации сетевого переменного напряжения, параллельно как шунту, так и измерительному плечу делителя напряжения может быть включен конденсатор.
Средство измерения лучше выполнять в виде аналого-цифрового преобразователя (далее - АЦП), соединенного измерительным входом параллельно ограничительному сопротивлению, а входом опорного напряжения - параллельно измерительному плечу делителя напряжения. Выход АЦП может быть соединен с со схемой сравнения, выполненной с возможностью воздействия на оперативные устройства отображения, управления и/или сигнализации.
Полезная модель поясняется с помощью одной фигуры, на которой представлена принципиальная схема измерения с использованием заявляемого устройства.
Полезная модель поясняется на примере устройства для контроля сопротивления изоляции судовой электрической сети относительно земли (корпуса судна).
Устройство содержит ограничительное сопротивление 1, шунт 2, делитель напряжения 3 и 4, источник питания 5 напряжением U=150 В, фильтрующие конденсаторы 6 и 7, АЦП 8. Устройство служит для контроля эквивалентного сопротивления 9 изоляции
судовой электрической сети 10с изолированной нейтралью. В качестве АЦП 8 используется двухканальный 16-разрядный АЦП модели AD7705 производства фирмы «Аналог Дивайсиз, Инк.» США (запатентован - патент US 5134401).
При работе устройства на вход АЦП 8 подается напряжение шунта UВХ и опорное напряжение UОП с делителя 3,4, которые выражаются следующими формулами:
где R1, R2 , R3, R4 - величина сопротивлений 1, 2, 3 и 4 соответственно; RЭК - эквивалентное измеряемое сопротивление изоляции 9.
АЦП 8 измеряет отношение входного сигнала к опорному, аналогично измерениям с помощью логометра, т.е. выходной код L АЦП 8, позволяющий судить о сопротивлении 9 изоляции описывается следующим выражением:
где N=16- разрядность АЦП 8.
Далее выходной код (сигнал) подают на схему сравнения (не показана), воздействующей на оперативные устройства отображения, управления и сигнализации.
Определим отношение входного напряжения UBX к опорному напряжению UОП:
Как видно из этого выражения, отношение напряжений, а следовательно и выходной код АЦП 8 не зависит от напряжения U источника питания 5, т.е. не требуется его жесткая стабилизации источника, что позволяет упростить его схему, а также повысить точность измерений.
Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления полезной модели и не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления полезной модели.
1. Устройство для контроля сопротивления изоляции относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью, содержащее гальванически развязанный от измеряемой сети источник питания постоянного напряжения, ограничительное сопротивление, шунт и средство измерения, включаемые в цепь последовательно с сопротивлением изоляции, причем средство измерения выполнено с возможностью измерения отношения вольтамперных характеристик участка цепи, содержащего ограничительное сопротивление, и участка цепи, параллельного источнику питания, отличающееся тем, что участок цепи, параллельной источнику питания, содержит опорный делитель напряжения, а средство измерения выполнено с возможностью определения сопротивления изоляции по отношению напряжений на шунте и опорном сопротивлении.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что участок цепи, содержащий ограничительное сопротивление, содержит резистор, используемый в качестве шунта, включенный последовательно в цепь с ограничительным сопротивлением и сопротивлением изоляции.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит конденсатор, включенный параллельно шунту.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что участок цепи, параллельной источнику питания, выполнен в виде делителя напряжения на базе двух последовательных сопротивлений, с одного из которых снимается опорное напряжение.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что содержит конденсатор, включенный параллельно измерительному плечу делителя напряжения.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство измерения выполнено в виде аналого-цифрового преобразователя, соединенного измерительным входом параллельно ограничительному сопротивлению, а входом опорного напряжения - параллельно измерительному плечу делителя напряжения.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что выход аналого-цифрового преобразователя соединен со схемой сравнения, выполненной с возможностью воздействия на оперативные устройства отображения, управления и/или сигнализации.
