Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока со статическими преобразователями и устройство для его осуществления

 

Использование: в электроизмерительной технике. Сущность изобретения: способ основан на наложении на контролируемую сеть измерительного постоянного напряжения чередующейся полярности и измерении по окончании переходного процесса в контролируемой сети, постоянной составляющей тока в цепи измерительного постоянного источника напряжения и вычислении величины сопротивления изоляции. При этом останавливают переходный процесс в контролируемой сети, не дожидаясь его окончания, после чего замеряют постоянную составляющую напряжения на импедансе изоляции и указанный ток, а величину сопротивления изоляции вычисляют по формуле, указанной в описании. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Известен способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока со статическими преобразователями посредством наложения на контролируемую сеть измерительного постоянного напряжения, использованный в устройстве [1].

Недостатком данного способа является низкая точность измерения сопротивления изоляции сетей, имеющих большую емкость относительно корпуса, что вызвано большой постоянной времени перезаряда емкости сети относительно корпуса при каждом подключении и отключении измерительного постоянного напряжения и непостоянством состояния контролируемой сети вследствие коммутации нагрузок во время цикла измерения.

Известно устройство для реализации этого способа, содержащее источник измерительного напряжения, соединенный полюсами с клеммами переключателя, и измеритель [1].

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения сопротивления изоляции сетей, имеющих большую емкость относительно корпуса.

Наиболее близким предлагаемому по своей технической сущности является способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока со статическими преобразователями посредством наложенного на контролируемую сеть измерительного постоянного напряжения чередующейся полярности и измерения постоянной составляющей напряжения на измерительном резисторе, включенном последовательно с источником измерительного постоянного напряжения, и вычислении величины сопротивления изоляции, используемой в устройстве [2].

Однако и этот способ имеет недостатки, заключающиеся в низкой точности измерения сопротивления изоляции сетей, имеющих большую емкость относительно корпуса. Это вызвано большой постоянной времени перезаряда емкости сети относительно корпуса (десятки секунд) при каждом изменении полярности измерительного постоянного напряжения и непостоянством состояния контролируемой сети вследствие коммутации нагрузок во время цикла измерения.

Известно также устройство для реализации этого способа, содержащее источник измерительного напряжения, который одним из полюсов через переключатель и резистор соединен с корпусом, а другим полюсом через ограничительный резистор соединен с общей клеммой устройства, являющейся его входом, блок допускового контроля, индикатор [2].

Однако и это устройство имеет недостатки, заключающиеся в низкой точности измерения сопротивления изоляции сетей, имеющих большую емкость относительно корпуса. Низкая точность вызвана большой постоянной времени перезаряда емкости сети относительно корпуса (десятки секунд) при каждом изменении полярности измерительного постоянного напряжения и непостоянством состояния контролируемой сети вследствие коммутации нагрузок во время цикла измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения сопротивления изоляции электрических сетей, имеющих большую емкость относительно корпуса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного и переменного тока со статическими преобразователями, основанному на наложении на контролируемую сеть измерительного постоянного напряжения чередующейся полярности и измерении, по окончании переходного процесса в контролируемой сети, постоянной составляющей тока в цепи измерительного постоянного источника напряжения, и вычислении величины сопротивления изоляции, дополнительно останавливают переходный процесс в контролируемой сети, не дожидаясь его окончания, после чего замеряют постоянную составляющую напряжения на импедансе изоляции и указанный ток, а величину сопротивления изоляции вычисляют по формуле R_из=K , где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий рабочие диапазоны измерения величины сопротивления изоляции; U₁T₁ и U₂T₂ - постоянные составляющие измеренных напряжений и тока соответственно при обеих полярностях измерительного постоянного напряжения.

Другая цель изобретения - сокращение времени между замерами сопротивления изоляции.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе вычисление величины сопротивления изоляции производится при каждой смене полярности источника измерительного постоянного напряжения по формуле R_из=K , где n - порядковый номер очередной смены полярности источника измерительного постоянного напряжения.

Признак "останавливают переходной процесс" в контролируемой сети, известен в способе, используемом в устройстве [3], когда измерение начинается по окончании переходного процесса в контролируемой сети. Однако в предлагаемом способе для сокращения времени переходного процесса останавливают переходной процесс, не дожидаясь его окончания, что в совокупности с измерением постоянных составляющих напряжения на импедансе изоляции и тока в цепи измерительного постоянного напряжения обеспечивает сокращение времени между замерами при разных полярностях источника измерительного напряжения, и, следовательно, повышает точность вычисления величины эквивалентного сопротивления изоляции.

Таким образом, у предлагаемого способа появляется свойство повышения быстродействия измерения, которое совпадает со свойствами, проявляемыми признаками в известных решениях, и которое не равно сумме этих свойств, что позволяет сделать вывод: предлагаемый способ соответствует критерию "существенные отличия".

В устройство, реализующее предлагаемый способ, содержащее источник измерительного напряжения, который одним из полюсов через переключатель и резистор соединен с корпусом, а другим полюсом через переключатель и ограничительный резистор соединен с общей клеммой устройства, являющейся его входом, блок допускового контроля (пороговое устройство, соединенное с индикатором), индикатор (регистрирующий прибор), введены нагрузочный резистор, анализатор, два измерителя, блок управления, вычислитель, соединенный двумя своими выходами соответственно с входами блока допускового контроля и индикатора, двумя информационными входами - с соответствующими информационными выходами измерителей, а четырьмя управляемыми входами - соответственно с четырьмя управляющими выходами блока управления, три других выхода которого соединены соответственно с управляемыми входами измерителей и переключателя, общая клемма устройства соединена с измерительным входом первого измерителя и через анализатор с входом блока управления, общая точка соединения ограничительного резистора и переключателя соединена с одним выводом нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен с измерительным входом другого измерителя и с общей точкой соединения резистора и переключателя.

Признак "введен анализатор" известен в устройстве [4], где проявляет себя в качестве фиксатора окончания переходного процесса в контролируемой сети.

Однако, в предлагаемом устройстве в совокупности с введением нагрузочного резистора позволяется останавливать переходный процесс при наличии любого значения постоянной составляющей напряжения контролируемой сети относительно корпуса, т.е. поддерживать это напряжение постоянным с заранее заданной степенью точности.

Признак "введен блок управления" известен в устройстве [5], где проявляет себя как передаточное звено, выдающее сигнал на управляющий вход дросселя и управляющий вход регулируемого резистора при получении на входе блока управления сигнала рассогласования.

Однако в предлагаемом устройстве с совокупности с анализатором позволяется задавать программу работы устройства и останавливать эту программу в тот момент, когда возникает переходный процесс во время замера электрических величин.

Связи: "общая точка соединения ограничительного резистора и переключателя соединена с одним выводом нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен с измерительным входом другого измерителя и с общей точкой соединения резистора и переключателя" позволяют одновременно измерять постоянные составляющие тока в цепи измерительного постоянного источника напряжения и напряжения на импедансе изоляции.

Благодаря такому выполнению анализатора блока управления и нагрузочного резистора обеспечивается остановка переходного процесса в контролируемой сети, что позволяет при реализации устройства достигнуть сокращения времени измерения величины сопротивления изоляции контролируемой сети.

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит источник 1 измерительного напряжения, который одним из полюсов через переключатель 2 и резистор 3 соединен с корпусом, а другим полюсом через переключатель 2 и ограничительный резистор 4 соединен с общей клеммой 5 устройства, являющейся его входом, блок 6 допускового контроля (соединенные последовательно пороговое устройство и индикатор), индикатор 7 (регистрирующий прибор), нагрузочный резистор 8, анализатор 9, измерители 10 и 11, блок 12 управления, вычислитель 13, соединенный двумя своими выходами соответственно с входами блока 6 и индикатора 7, двумя информационными входами - с соответствующими информационными выходами измерителей 10 и 11, а четырьмя управляющими входами - соответственно с четырьмя управляющими выходами блока 12 управления, три других выхода которого соединены соответственно с управляемыми входами измерителей 9 и 10 и переключателя 2, общая клемма 5 устройства соединена с измерительным входом измерителя 10 и через анализатор 9 с входом блока 12 управления, общая точка соединения ограничительного резистора 4 и переключателя 2 соединена с одним выводом нагрузочного резистора 8, другой вывод которого соединен с измерительным входом измерителя 11 и с общей точкой соединения резистора 3 и переключателя 2. Устройство содержит также вычислитель 13.

На фиг. 1 обозначены также эквивалентная емкость С_из и эквивалентное сопротивление изоляции R_из контролируемой сети относительно корпуса.

Устройство работает следующим образом.

При первом измерении сопротивления изоляции измерительный цикл содержит четыре рабочих такта, изображенных на фиг.2: 1) переходный процесс, связанный с подключением к измерительной цепи устройства источника измерительного напряжения определенной полярности и измерении по окончании заданного промежутка времени величины постоянной составляющей напряжения U₁ между фазой (полюсом) и корпусом контролируемой сети; 2) стабилизация постоянной составляющей напряжения между фазой (полюсом) и корпусом и измерения величины постоянной составляющей тока I₁ в измерительной цепи; 3) переходный процесс, связанный с переключением полярности источника измерительного напряжения и повторное измерение по окончании заданного промежутка времени величины постоянной составляющей напряжения U₂ между фазой (полюсом) и корпусом контролируемой сети; 4) стабилизация постоянной составляющей напряжения между фазой (полюсом) и корпусом и измерение величины постоянной составляющей тока I₂ в измерительной цепи.

По окончании четвертого такта работы с помощью измеренных величин напряжений U₁, U₂ и токов I₁, I₂ производится вычисление величины эквивалентного сопротивления изоляции R_из согласно формуле R_из=K , , (1) где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий рабочие диапазоны измерения величины сопротивления изоляции;
U₁ и U₂ - величины напряжений между фазой (полюсом) и корпусом контролируемой сети, измеренные в первом и третьем тактах работы устройства соответственно;
I₁ и I₂ - величины токов измерительной цепи, измеренные во втором и четвертом тактах работы устройства соответственно.

В последующих циклах работы устройства вычисление величины сопротивления изоляции производится по окончании каждого четного такта работы устройства, используя информацию последних четырех замеров, по формуле
_,
, (2) где n - порядковый номер очередного цикла работы устройства после подключения к данной контролируемой сети.

На первом такте работы устройства (фиг.1) к его измерительной цепи (контролируемая сеть, ограничительный резистор 4, нагрузочный резистор 4, нагрузочный резистор 8, резистор 3, корпус, эквивалентное сопротивление изоляции R_экв, контролируемая сеть) по команде от блока 12 управления подключается определенной полярностью с помощью переключателя 2 источник 1 измерительного напряжения. В измерительной цепи начинается переходный процесс, вызванный наличием емкости контролируемой сети С_из относительно корпуса. Через заранее заданный промежуток времени (порядка 2 с) по команде от блока 12 управления с помощью измерителя 10 производится замер мгновенного значения постоянной составляющей напряжения между фазой (полюсом) контролируемой сети и корпусом, а также запись этого напряжения в первый регистр записи вычислителя 13.

На втором такте работы устройства блока 12 управления воздействует на переключатель 2 таким образом, что постоянная составляющая напряжения между фазой (полюсом) контролируемой сети и корпусом остается неизменной (стабилизуется). Это достигается периодическим отключением и подключением источника 1 измерительного напряжения к измерительной цепи. Одновременно по команде от блока 12 управления с помощью измерителя 11 производится замер постоянной составляющей тока в измерительной цепи (снимается с резистора 3), а также запись этого тока во второй регистр записи вычислителя 13.

В конце четвертого такта работы устройства в вычислителе 13 по команде от блока 12 управления производится вычисление величины эквивалентного сопротивления изоляции R_из контролируемой сети по формуле (1) и выдача этого значения на индикатор 7. Одновременно значение сопротивления изоляции сравнивается с уставкой срабатывания сигнализации в блоке 6 допускового контроля.

Информация на индикаторе 7 и на блоке 6 сохраняется до следующего вычисления сопротивления изоляции R_из.

При дальнейшей работе устройства повторяются первые два такта его работы и запись измеренных напряжений и тока в регистры записи вычислителя 13, а в конце второго такта - вычисление вычислителем 13 величины эквивалентного сопротивления изоляции R_из контролируемой сети по формуле (2) и выдача этого значения на индикатор 7 и блок 6.

Последующая работа устройства аналогична описанной выше, причем вычисление эквивалентного сопротивления изоляции производится по формуле (2).

Анализатор 9 блокирует устройство от выдачи ложных сигналов при коммутациях нагрузок и перенапряжениях в контролируемой сети.

Блок 12 управления работает следующим образом. Генератор тактов выдает последовательно четыре управляющих сигнала, которые поступают в вычислитель 13. Одновременно на I и III тактах первой логической схемой ИЛИ выдается управляющий сигнал на измеритель 10 для разрешения измерения величины напряжения, а на II и IV тактах - выдача другой логической схемой ИЛИ разрешения для измерения величины тока.

На II и III тактах с третьей логической схемы ИЛИ выдается сигнал на изменение полярности оперативного напряжения с помощью переключателя 2.

Сигнал с анализатора 9 останавливает работу блока 12 управления при наличии переходных процессов в контролируемой сети.

Вычислитель 13 работает следующим образом.

При поступлении управляющих сигналов от блока 12 управления и разрешения измерения величин напряжения и тока происходит запись (величины напряжения U₁ и U₂ и величины тока I₁ и I₂. В одном блоке вычитания происходит вычисление разности (U₂ - U₁), а в другом блоке вычитания - вычисление разности (I₁ - I₂). В блоке деления происходит вычисление численного значения величины сопротивления изоляции K .

Предложенный способ и устройство позволяют повысить точность измерения сопротивления изоляции сетей со статическими преобразователями, имеющих большую емкость относительно корпуса, а также сократить время замера. Кроме того, способ и устройство пригодны и для измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока.

Достоверность реализации поставленной цели подтверждена изготовлением макетного образца устройства и его испытанием.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СО СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока со статическими преобразователями, основанный на наложении на контролируемую сеть измерительного постоянного напряжения чередующейся полярности, измерении по окончании переходного процесса в контролируемой сети постоянной составляющей тока в цепи измерительного постоянного источника напряжения и вычислении величины сопротивления изоляции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения сопротивления изоляции электрических сетей, имеющих большую емкость относительно корпуса, останавливают переходный процесс в контролируемой сети, не дожидаясь его окончания, после чего замеряют постоянную составляющую напряжения на импедансе изоляции и указанный ток, а величину R_из сопротивления изоляции вычисляют по формуле

где K - коэффициент пропорциональности, учитывающий рабочие диапазоны измерения величины сопротивления изоляции;
U₁, I₁ и U₂, I₂ - постоянные составляющие замеренных напряжения и тока соответственно при обеих полярностях измерительного постоянного напряжения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени между замерами сопротивления изоляции, вычисление величины сопротивления изоляции производится при каждой смене полярности источника измерительного постоянного напряжения по формуле

где n - порядковый номер очередной смены полярности источника измерительного постоянного напряжения.

3. Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока со статическими преобразователями, содержащее источник измерительного напряжения, который одним из полюсов через последовательно соединенные переключатель и резистор соединен с общей шиной, а другим полюсом через переключатель и ограничительный резистор соединен с общей клеммой устройства, являющейся его входом, блок допускового контроля, индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены нагрузочный резистор, анализатор, два измерителя, блок управления, вычислитель, соединенный двумя своими выходами соответственно с входами блока допускового контроля и индикатора, двумя информационными входами - с соответствующими информационными выходами измерителей, а четырьмя управляющими входами - соответственно с четырьмя управляющими выходами блока управления, три других выхода которого соединены соответственно с управляемыми входами измерителей и переключателя, общая клемма устройства соединена с измерительным входом первого измерителя и через анализатор - с входом блока управления, общие выводы ограничительного резистора и переключателя соединены с одним выводом нагрузочного резистора, другой вывод которого соединен с измерительным входом другого измерителя и с общими выводами резистора и переключателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2