УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
DEVICE TO MONITOR RESISTANCE OF DC ELECTRIC CIRCUIT INSULATION

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока, например к сети электрохимического генератора (ЭХГ) на топливных элементах.
Известно устройство контроля сопротивления изоляции (патент США 7576547, МПК G01R 31|08, 18.08.2009), основанное на шунтировании измерительными резисторами сопротивлений изоляции сети на землю и содержащее шунты, контакты на замыкание и вольтметры, подключенные параллельно сети и сопротивлениям изоляции. Недостаток устройства заключается в отсутствии автоматического контроля и измерения сопротивления изоляции.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство контроля сопротивления изоляции в изолированных сетях постоянного и переменного тока (патент EP 0654673, МПК G01R 27/18, 24.05.1995), основанное на наложении на контролируемую сеть знакопеременного измерительного напряжения и содержащее импульсный генератор знакопеременного напряжения, резисторные делители напряжения, измерительное сопротивление, повторитель напряжения, разностный усилитель, схему выборки-хранения, два управляемых контакта, микроконтроллер и интерфейс, включающий в себя пороговые блоки и индикатор. Недостаток устройства состоит в его избыточной сложности применительно к сетям постоянного тока, наличии большого числа вычислительных и управляющих блоков, необходимости создания внешнего источника напряжения, накладываемого на сеть, что снижает надежность и помехозащищенность устройства, увеличивает его энергопотребление и стоимость. Кроме того, в устройстве отсутствует информация о полюсных значениях сопротивлений изоляции сети, необходимая для скорейшего отыскания и устранения возникшей неисправности.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока.
Устройство содержит измерительный шунт 1, два контакта 2, 3, связанные с блоком 4 управления, высокоомный резисторный делитель 5 напряжения, один из выводов которого подключен к одному из полюсов 6, 7 сети, повторитель 8 напряжения, схему 9 выборки-хранения, разностный усилитель 10, два пороговых блока 11, 12 и индикатор 13. Устройство снабжено датчиком 14 напряжения сети, второй схемой 15 выборки-хранения, вторым разностным усилителем 16, тремя аналоговыми делителями 17, 18, 19, двумя аналоговыми перемножителями 20, 21 и двумя дополнительными индикаторами 22, 23. Причем второй вывод делителя 5 соединен с землей. Параллельно делителю 5 через контакт 2 на замыкание подключен шунт 1. Выход делителя 5 через повторитель 8 и контакт 3 на переключение связан с входами схем 9, 15. Выход схемы 9 подключен ко второму и первому входам соответственно усилителей 10, 16 и ко второму входу делителя 19. Выход схемы 15 подсоединен к первому входу усилителя 10 и второму входу делителя 17, с первым входом которого связан выход усилителя 10, а с выходом - входы блоков 11, 12 индикатора 13 и первые входы перемножителей 20, 21. Вторые входы перемножителей 20, 21 подключены к выходам делителей 18, 19, первые входы которых и второй вход усилителя 16 соединены с выходом датчика 14. А выход усилителя 16 подключен ко второму входу делителя 18.
Работа устройства основана на известных способах вычисления сопротивлений изоляции сети по результатам измерения напряжения полюса сети при его шунтировании на землю измерительным сопротивлением (см., например, аналог).
При этом в случае шунтирования и измерения напряжения одного положительного полюса соотношения для вычисления сопротивлений изоляции следующие:
;
;
,
из экв
из+
из-
где R - эквивалентное сопротивление изоляции сети, равное сопротивлению параллельного соединения сопротивления изоляции положительного Rи отрицательного R полюсов сети;
ш
R - сопротивление измерительного шунта 1;
п+
U - напряжение положительного полюса относительно земли без шунта;
пш+
U - напряжение положительного полюса относительно земли с шунтом;
сети
U - напряжение сети.
п+
пш+
п+
пш+
из экв.
из экв.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии контакт 2 разомкнут, а контакт 3 замыкает выход повторителя 8 на вход схемы 9. Через высокоомный резисторный делитель 5 и повторитель 8 напряжение Uпоступает на вход схемы 9 и запоминается ею. На втором этапе под действием управляющих сигналов блока 4 контакты 2 и 3 переключаются в противоположное состояние. При этом положительный полюс через шунт 1 замыкается на землю, а выход повторителя 8 подключается к схеме 15, запоминающей значение U. Усилитель 10 вычисляет значение U-U, а блок 17 - отношение , пропорциональное значению R Пороговый блок 11 настроен на предупредительную уставку, блок 12 - на аварийную, а индикатор 13 отображает текущее значение сопротивления R
п-
cети
п+
из экв
из+
из-
Одновременно с этим усилитель 16 вычисляет значение U=U-U, а делители 18, 19 соответственно  и . Перемножители 20, 21, перемножая напряжение, пропорциональное R, на выходные напряжения делителей 18, 19 выдают напряжения, пропорциональные соответственно Rи R, отображаемые индикаторами 22, 23.
п+
пш+
Высокоомный резисторный делитель 5 предназначен для согласования величины напряжений Uи Uс допустимым диапазоном входных напряжений повторителя 8. Его сопротивление должно, по крайней мере, на порядок превосходить сопротивление шунта 1. Схемы 9, 15 при размыкании их входов обеспечивают длительное хранение записанных в них напряжений. Частота следования импульсов управления блока 4 должна быть достаточно низкой для завершения возникающих в сети переходных процессов, связанных с перезарядом емкостей полюсов сети на землю при подключении и отключении шунта 1.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает простое и надежное измерение и контроль сопротивления изоляции сети постоянного тока при минимальном вмешательстве устройства контроля в работу сети. Устройство содержит небольшое количество аналоговых элементов, обладает малым энергопотреблением, массой, габаритами и низкой стоимостью.
Кроте того, оно обеспечивает эксплуатационный персонал исчерпывающей информацией о сопротивлении изоляции сети постоянного тока как в целом, так и по отдельным полюсам сети, что повышает безопасность эксплуатации и облегчает отыскание конкретной неисправности.