УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ В СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С РЕЗИСТИВНОЙ НЕЙТРАЛЬЮ ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ
DEVICE TO MEASURE AND MONITOR RESISTANCE OF INSULATION IN AC NETWORKS WITH RESISTIVE NEUTRAL UNDER WORKING VOLTAGE

Предложение относится к приборам для измерения, контроля и сигнализации о снижении сопротивления изоляции в сетях переменного тока с резистивной нейтралью и используется для измерения и непрерывного контроля сопротивления изоляции на кораблях, судах, в шахтах, метрополитене и т.д., т.е. там, где есть сети переменного тока с резистивной нейтралью.
Известен способ повышения пожароэлектробезопасности систем генерирования и преобразования электроэнергии путем оценки токов утечки в цепях питания переменного или постоянного тока с заземленной нейтралью или заземленным полюсом. Способ основан на выделении разницы входных и выходных токов нагрузки у щита питания. По разнице этих токов судят об уровне пожаробезопасности, оценивая возможность возникновения электрической дуги между токоведущими жилами кабеля и землей (корпусом). По токам утечки судят также об электробезопасности обслуживающего персонала и обеспечивают защиту при малых токах утечки.
Примером может служить устройство защитного отключения типа У3020 по ТУ 16-92 ИЖТПИ.656111.085 ТУ, г.Ставрополь, завод «Сигнал». Недостатком данного способа является сравнительно низкая надежность пожаробезопасности и ограниченная область применения.
Известны способ и устройство для измерения сопротивления изоляции в сетях постоянного тока по авторскому свидетельству №370551 СССР по МПК G01R 27/18, отличающееся тем, что с целью измерения сопротивления изоляции под рабочим напряжением дополнительно введена цепочка из источника питания постоянного тока и диода, подключенных параллельно проводам сети, а их общая точка соединена с другой клеммой токового прибора. Недостатком этого способа и устройства является большая погрешность измерения, так как сопротивление изоляции полюса сети является функцией величины напряжения питания. При больших колебаниях напряжения контролируемой сети соответственно меняется (увеличивается) погрешность измерения сопротивления изоляции.
За прототип взято сравнительно новое устройство и способ измерения сопротивления изоляции силовой сети электроустановок транспорта под рабочим напряжением (патент РФ 2175138, G01 27/18, опубл. 20.01.2001 г., бюл.29), в которых для измерения сопротивления изоляции силовой сети электроустановок транспорта под рабочим напряжением накладывают на силовую сеть измерительное напряжение постоянного тока, останавливают переходный процесс перезаряда емкостей в контролируемой сети, не дожидаясь его окончания, измеряют напряжение на сопротивлении изоляции и ток измерительного источника напряжения, затем вычисляют сопротивление изоляции силовой сети относительно земли путем деления измеренного напряжения на измеренный ток. Устройство содержит источник измерительного напряжения, ограничительный резистор, индикатор, формирователь измерительных схем, микропроцессорный блок, два датчика напряжения, два датчика тока.
Недостатком этого предложения является большая сложность реализации, особенно в части компенсации до нуля напряжения сопротивления изоляции неконтролируемого полюса, и измерительное напряжение необходимо выбирать существенно выше напряжения контролируемой сети, что существенно удорожает устройство, снижает его надежность и увеличивает погрешность.
Предлагаемое устройство измерения и контроля сопротивления изоляции в сетях переменного тока с резистивной нейтралью под рабочим напряжением, блок-схема которого представлена на фиг.1, свободно от указных недостатков прототипа. Это достигается тем, что в предлагаемое устройство введен источник измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока, фильтр RC, состоящий из последовательно соединенных резистора и конденсатора, один диод, шунтирующий конденсатор С1, блок гальванической развязки, усилитель напряжения сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, блок питания, электронный делитель напряжения, блок индикации и блок сигнализации, причем источник измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока положительным полюсом подключен к корпусу (земле), а отрицательным полюсом соединен с нижним первым выводом резистора нейтрали контролируемой сети, а второй вывод резистора нейтрали контролируемой сети соединен с нейтралью контролируемой сети, а параллельно источнику измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока включены конденсатор С1 и диод, катод которого соединен с корпусом (землей), параллельно резистору нейтрали включен фильтр RC, причем конденсатор фильтра включен параллельно входу блока гальванической развязки, который своим выходом включен на вход усилителя напряжения сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом электронного делителя напряжения, а выход электронного делителя напряжения соединен непосредственно с блоком индикации и с блоком сигнализации, а все блоки устройства запитаны от блока питания.
Такое построение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет измерять сопротивление изоляции в сетях переменного тока с резистивной нейтралью, причем пределов ограничения величин сопротивления изоляции нет, т.е. реальный диапазон измеряемых величин сопротивлений изоляции не ограничен.
Устройство контроля сопротивления изоляции в сетях с резистивной нейтралью под рабочим напряженим содержит источник измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока 1, подключенный отрицательным полюсом к нижнему выводу резистора нейтрали 2, соединенного с нейтралью контролируемой сети переменного тока 3, фильтр RC 4, содержащий резистор и конденсатор, диод 5, конденсатор С1 6, блок гальванической развязки 7, усилитель напряжения сигнала с регулируемым коэффициентом усиления 8, блок питания 9, электронный делитель напряжения 10, блок индикации 11, блок сигнализации 12, корпус (земля) 13.
В связи с тем, что величина резистора нейтрали может принимать разные значения для разных сетей, усилитель напряжения сигнала выбирается с переменным коэффициентом усиления, а для того чтобы величина резистора нейтрали была равна расчетному значению, введен диод 5, конденсатор С1 6, диод срезает одну полуволну переменного напряжения, и малое сопротивление С1 шунтирует вторую полуволну переменного напряжения и тем самым предотвращает влияние устройства контроля сопротивления изоляции сети на работу контролируемой сети переменного тока с резистивной нейтралью, этому способствует включение фильтра RC 4 с большим значением резистора.
Работа устройства для измерения и контроля сопротивления изоляции в электрических сетях переменного тока с резистивной нейтралью под рабочим напряжением происходит следующим образом. Устройство подключается одним выводом к корпусу (земле) 13, а вторым выводом к резистору нейтрали 2, отсоединенному от корпуса 13, напряжение сигнала выделяется на резисторе 2 нейтрали контролируемой сети 3 благодаря подключению источника измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока 1. Измерительный ток идет от источника измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока 1 через корпус (землю) 13, сопротивление изоляции Rиз1, Rиз2, Rиз3 и резистора нейтрали 2, с которого снимаемое напряжение сигнала поступает на вход блока гальванической развязки 7 через фильтр RC 4, очищающий напряжение сигнала постоянного тока от переменной составляющей, проходящей через резистор нейтрали 2 без нарушения работы сети переменного тока с резистивной нейтралью, для чего включен дополнительно диод 5, который шунтирует одну полуволну переменного напряжения на землю, а вторую полуволну шунтирует на землю малое выходное сопротивление конденсатора С1 6. Очищенный от помех после фильтра RC 4 сигнал поступает на вход блока гальванической развязки 7, с выхода которого напряжение поступает на вход усилителя напряжения сигнала с регулируемым коэффициентом усиления 8, и далее сигнал поступает на вход электронного делителя напряжения 10, с выхода которого получается напряжение сигнала, величина которого пропорциональна текущему значению сопротивления изоляции в контролируемой сети 3, это напряжение сигнала поступает на вход блока индикации 11 и блока сигнализации 12.
Применение данного устройства с контролем сопротивления изоляции сети под рабочим напряжением способствует повышению надежности эксплуатации трехфазных сетей с нейтралью, замкнутой на корпус (землю) через резистор, предотвращая возникновение пожароопасных ситуаций.