Устройство для контроля изоляции электрических систем

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано для защиты электрических установок постоянного тока с изолированными от земли проводами от аварийных режимов. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства при воздействии на контролируемую сеть тепловых излучений от источников внешней среды, в распознавании вида повреждения и определении места повреждения в контролируемой сети от воздействия внешних источников теплового излучения Устройство содержит генератор сети, блок присоединения, нагрузку, блок вентильной защиты, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, генератор тока непромышленной частоты, 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 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. Предлагаемое устройство позволяет, повысить чувствительность при воздействии на контролируемую сеть тепловых излучений от источников внешней среды, распознать и определить место повреждения в контролируемой сети.

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 установок, в котором на контролируемую сеть накладывают контрольное переменное напряжение заданной частоты, отличной от частоты сети. Измеряют ток в контролируемом присоединении, фильтруют снятый сигнал и проводят синхронное детектирование сигнала для определения тока утечки. Затем проводят подключение к контролируемому присоединению калибровочного резистивно-емкостного импеданса и вторичное измерение тока утечки при подключенном импедансе. Далее, по результатам двух измерений тока утечки определяют нестационарную величину коэффициента передачи измерительного тракта и значение сопротивления изоляции контролируемого присоединения [1]. Устройство содержит генератор сети, блок присоединения к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты, измерительный блок.

Блок присоединения к нагрузке, содержит: два разделительных конденсатора, которые своими входами подсоединены к генератору сети, а своими объединенными выходами подсоединены к входу генератора тока непромышленной частоты.

Генератор сети через блок присоединения подсоединен к нагрузке, выход которой подсоединен к земле.

Генератор тока непромышленной частоты своим выходом подключен к земле.

Измерительный блок включает датчик тока, являющийся входом измерительного блока, два коммутатора, фильтр, детектор, блок обработки информации, импеданс, выход которого является выходом блока.

Устройство работает следующим образом.

Ток генератора непромышленной частоты, текущий на землю по проводникам нагрузки контролируется датчиком тока. Ток поступает на блок обработки информации параллельно через первый коммутатор и фильтр детектора. В свою очередь ток генератора непромышленной частоты, также поступает на блок обработки информации. Ток от проводников контролируемой сети также поступает на блок обработки информации через второй коммутатор, соединенный с импедансом. Результирующий ток от блока обработки информации поступает на блок индикации.

Ток генератора непромышленной частоты, текущий на землю по проводникам нагрузки контролируется датчиком тока, находящимся в измерительном блоке.

В первом случае измерение тока утечки производится без подключения импеданса. Во втором случае измерение тока утечки в контролируемой сети нагрузки производится с импедансом с помощью второго коммутатора.

В результате проведения попеременно двух измерений с импедансом и без него получается вычисленное значение сопротивления изоляции сети от известных величин импеданса. При этом погрешность измерения имеет место за счет значительного количества элементов в измерительном блоке, имеющих свои погрешности.

В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции нагрузки в пределах установленных норм, схема индикации в измерительном блоке показывает величину результирующего тока нагрузки, соответствующую установленным нормам.

В аварийном режиме работы, т.е. при снижении сопротивления изоляции ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше установленных норм, на схему индикации поступает информация о величине сопротивления изоляции, превышающей технические требования.

Известное решение позволяет производить измерение сопротивления изоляции нагрузки с определенной степенью точности, за счет введения в измерительную цепь импеданса.

Однако оно обладает недостаточно высокой точностью, это обусловлено тем, что за счет влияния емкостного сопротивления нагрузки и погрешности значительного количества элементов, находящихся в измерительном блоке, погрешность измерения тока утечки составляет 2-5 мА.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изоляции электрических установок на постоянном токе [2].

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 8 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 - 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 генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и далее 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 далее на землю, который является основным путем. 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.

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 этом 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 по второму пути.

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, не определяется место повреждения в контролируемой сети.

Задачей полезной модели является создание устройства для контроля изоляции электрических систем, позволяющее распознавать вид повреждения от воздействия внешних источников теплового излучения, повысить чувствительность при воздействии на контролируемую сеть тепловых излучений от источников внешней среды, определить место повреждения в контролируемой сети.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для контроля изоляции электрических систем, содержащем генератор сети, блок присоединения, нагрузку, блок вентильной защиты, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, при этом 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, дополнительно введены датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе, при этом 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.

Отличительными признаками заявляемого решения от прототипа являются: датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле, лампа сигнализации, при этом 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.

Благодаря отличительным признакам заявляемое решение позволяет распознавать вид повреждения, повысить чувствительность устройства к срабатыванию от воздействия внешних источников теплового излучения и определять место повреждения в контролируемой сети по месту расположения датчика тока. Это обусловлено тем, что при воздействии внешнего источника теплового излучения на датчик тока, сигнал которого передается на симистор и далее на реле, которое замыкает контакт на катушку отключения дифференциального автомата, отключающего генератор сети от нагрузки.

На фиг. 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.

Блок присоединения 2, присоединенный к блоку вентильной защиты 3 и нагрузке 4 содержит дифференциальный автомат 10, последовательно соединенный с разделительными конденсаторами 11 и параллельно с разделительными конденсаторами 12. входы дифференциального автомата 10 являются двумя выходами блока присоединения 2, первый и второй выходы дифференциального автомата 10 являются третьим и четвертым выходом блока присоединения 2, а выход разделительных конденсаторов 11 - его пятым выходом. Шестым выходом блока присоединения 2 является выход датчика тока 13, вход которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов 12.

Заградительный блок 7 представляет собой колебательный контур 14, вход и выход колебательного контура 14 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 10, симистор 18, выход которого соединен с входом реле 19, выход которого соединен с землей, сигнальную лампу 20, вход которой параллельно с входом семистора подсоединен к выходу датчика тока 13, а выход соединен с землей. Вход катушки 17 является входом исполнительного элемента 9, а выход объединенных контактов 21, 22 - его одним выходом, другим выходом является вход симистора 18 и сигнальной лампы 20 объединенных между собой. Другим выходом блока присоединения 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 соединены с нагрузкой 4. третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока присоединения 2 присоединены 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 600В, датчик тока типа ДПС. В заградительном блоке 7 использован дроссель Др-600 и конденсатор КБГ-400В. В качестве исполнительного элемента 9 использована катушка 17 пускателя ПМВ, использовано реле РКН. В измерительном блоке 8 использовано реле РЭС64А с током срабатывания 1,2-1,3 мА и миллиамперметр М2001-24.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток генератора сети 1 поступает на дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2 и далее на блок вентильной защиты 3 и нагрузку 4. одновременно ток генератора непромышленной частоты 5 поступает на нагрузку 4 через выпрямитель 6, заградительный блок 7, разделительные конденсаторы 11, 12 блока присоединения 2, блок вентильной защиты 3, нагрузку 4 и далее на землю, который является основным путем. В блоке присоединения 2 токи от генератора сети 1 и генератора непромышленной частоты 5 накладываются и результирующий ток утечки, который управляет контактами 21, 22, поступает на реле 15 измерительного блока 8. Кроме того, ток от генератора сети 1 поступает через дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2 на отключающую катушку 17 исполнитнльного элемента 9.

В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки 4 имеет допустимое значение, а величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта 21 реле 15 измерительного блока 7. при этом контакты 21, 22 исполнительного элемента 9 находятся в отключенном состоянии. Токи от генератора сети 1 и генератора непромышленной частоты 5 продолжают поступать на нагрузку 4. измерительный блок 8 показывает величину утечки результирующего тока нагрузки 4 соответствующей техническим нормам. Датчик тока 13 в блоке присоединения 2, симистор 18 в исполнительном элементе 9 закрыты, сигнальная лампа 20 не горит.

В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки 4 ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше 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 этом включается контакт 21 реле 15 и на отключающую катушку 17 исполнительного элемента 9 поступает ток, который отключает ток генератора сети 1 через дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2 от нагрузки 4. блок вентильной защиты 3 отключает нагрузку 4 от контролируемой сети. Ток от генератора непромышленной частоты 5 продолжает поступать на контролируемую сеть по второму пути.

При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть датчик тока 13 в блоке присоединения 2 открывается и ток от генератора непромышленной частоты 5 поступает на вход симистора 18 и сигнальную лампу 20, при этом симистор открывается выход которого подсоединен к входу реле 19 и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю. Далее включается контакт 22 реле 19, который также задействован в поступлении тока на отключающую катушку 17 дифференциального автомата 10. Сигнальная лампа 20 горит и продолжает гореть после отключения генератора сети 1 от нагрузки 4, что указывает на процесс распознавания вида повреждения. При этом чувствительность срабатывания устройства контроля изоляции электрических систем значительно повышается.

При этом представляется возможность 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 2-, которые все время поиска будут находиться во включенном состоянии. Место повреждения находят по месту расположения датчика тока 13 в контролируемой сети.

Источники информации принятые во внимание

1. Патент 2275645, МПК G01R 27/08, (G-01R 27/08 31/02. Способ, измерения сопротивления изоляции присоединений в разветвленных сетях постоянного и переменного тока и устройство для его осуществления. / Кислов Е.А. и др. -. 2004117696/23. заявл. 10.06.2004. Опубл.20.11.2005. Бюл. 35.

2. Патент 72797, МПК Н02Н 3/17, Устройство для контрля изоляции электротехнических систем. / Балюк А.А., Борзеев И.Я. - 2007147759. заявл. 20.12.2007. Опубл.27.04.2008. Бюл. 32.

Устройство для контроля изоляции электрических систем, содержащее генератор сети, блок присоединения, нагрузку, блок вентильной защиты, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, при этом 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, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе, при этом 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.