МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для использования преимущественно в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами.
Контроль изоляции и измерение ее сопротивления для гальванически изолированных от корпуса (земли) цепей были всегда актуальными задачами. Актуальна также и задача контроля изоляции между гальванически изолированными от земли цепями, особенно между проходящими в одном жгуте или кабеле, где велика вероятность нарушения изоляции именно между цепями, приводящая к возможности поражения человека электрическим током или к нарушению работы устройств, подключенных к этим цепям.
Известен измеритель межжильного сопротивления изоляции (описанный в учебнике для вузов «ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВАВ СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ УСТРОЙСТВ СЦБ», Сепетый А.А., Кольцов В.В. и др., Ростов-на-Дону, 2009, стр. 360-362, рис. 5.23) содержащий N входных защитно-нормирующих точных резисторов, делитель напряжения тестового источника, токовый шунт, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, источник тестового (измерительного) напряжения, микропроцессорный элемент, узел приема/передачи с гальванической развязкой, изолирующий преобразователь напряжения для питания устройства, схему индикации, схемы управления каналами, схему внутренней калибровки (контроля).
Известно многоканальное устройство для измерения сопротивления изоляции в жгутах и кабелях (патент RU 2507523 G01R 27/16, опубликован 20.02.2014) преимущественно двухпроводных цепей, любого рода тока и обесточенных, при подключении к одному проводу контролируемой цепи, содержащее N входных точных резисторов, первые выводы которых образуют входы устройства, первый аналого-цифровой преобразователь, к средней точке питания которого подключен первый полюс нестабилизированного источника измерительного напряжения постоянного тока и резистор, являющийся токовым шунтом, вторым выводом соединенный со входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу микропроцессорного элемента, соединенного с источником измерительного напряжения, с блоком цифровой индикации результатов измерений и режимов работы, с блоком кнопочной клавиатуры, с блоком интерфейса, с блоком сигнализации и с управляющими входами блока коммутации, при этом, входы второго аналого-цифрового преобразователя, через делитель соединены с полюсами источника измерительного напряжения, а выход - с входом микропроцессорного элемента, а блок коммутации содержит N управляемых микропроцессорным элементом коммутирующих узлов, имеющих в своем составе по два коммутирующих элемента, выходы которых первыми контактами объединены и подключены ко второму выводу одного из N входных резисторов, а вторые контакты первого коммутирующего элемента соединены со вторым полюсом источника измерительного напряжения, а второго - с входом первого аналого-цифрового преобразователя, при этом один из коммутирующих узлов предназначен для поочередного включения двух точных резисторов между вторым полюсом источника измерительного напряжения и входом первого аналого-цифрового преобразователя.
Недостатками этих устройств являются наличие большого количества точных входных резисторов и невозможность контроля в процессе эксплуатации их сопротивления, значение которого входит в формулу вычисления сопротивления изоляции.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что многоканальное устройство измерения сопротивления изоляции цепей любого рода тока и обесточенных, при подключении к одному проводу контролируемой цепи, содержит блок питания устройства, узел приема/передачи информации, блок сигнализации, микропроцессорный элемент, первый аналого-цифровой преобразователь, к средней точке напряжения питания которого подключен первый полюс нестабилизированного источника измерительного напряжения постоянного тока и резистор, являющийся токовым шунтом, вторым выводом соединенный со входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу микропроцессорного элемента, соединенного с источником измерительного напряжения, с управляющими входами блока коммутации, с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, входы которого через делитель соединены с полюсами источника измерительного напряжения, а блок коммутации, содержит N управляемых микропроцессорным элементом коммутирующих узлов, которые имеют в своем составе по два коммутирующих элемента, при этом, их выходы первыми контактами объединены и являются входами устройства, а вторые контакты первых коммутирующих элементов N коммутирующих узлов объединены и соединены через первый ограничительный резистор со вторым полюсом источника измерительного напряжения, а вторые контакты вторых коммутирующих элементов - через второй ограничительный резистор с входом первого аналого-цифрового преобразователя, при этом, в дополнительном N+1 коммутирующем узле первые контакты коммутирующих элементов объединены и соединены с объединенными вторыми контактами первых коммутирующих элементов N коммутирующих узлов, а вторые, через резисторы - с объединенными вторыми контактами вторых коммутирующих элементов N коммутирующих узлов.
На рисунке 1 приведена структурная схема многоканального устройства для измерения сопротивления изоляции в жгутах и кабелях, где: 1 - блок питания устройства; 2 - узел приема/передачи информации; 3 - блок сигнализации; 5 - микропроцессорный элемент; 6 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП 6); 7 - средняя точка питания аналого-цифрового преобразователя; 8 - второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП 8); 9 - источник измерительного напряжения; 10 - блок коммутации; 11 - коммутирующие узлы; 12 - коммутирующие элементы; 13 - контакты коммутирующих элементов; 14 - дополнительный N+1 коммутирующий узел; In1-InN - входы устройства; Rш - резистор токового шунта; Rd1, Rd2 - делитель напряжения; Ro1, Ro2 - ограничительные резисторы (эквивалент входных резисторов); Rк1, Rк2 - встроенные точные (эталонные) резисторы.
Устройство, представленное на рисунке 1, работает под управлением микропроцессорного элемента (5) по заложенной в него программе. После включения питания, в исходном состоянии, выходы микропроцессорного элемента, управляющие коммутирующими узлами (11), находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии и ни один из входов (In1-InN), подключенных к одному из проводов контролируемых цепей, не подключен к измерительным входам устройства, которыми являются ограничительные резисторы Ro1, Ro2. Перед началом каждого измерения устройство с помощью дополнительного N+1 коммутирующего узла (14) производит контроль метрологической характеристики измерительного канала поочередным подключением к измерительным входам двух встроенных эталонных резисторов (с номиналами, соответствующими верхней и нижней части диапазона измерений, Rк1, Rк2). При отклонении измеренных значений от записанного в памяти калибровочного значения производится расчет поправочных коэффициентов для дальнейших измерений, а в случае превышения установленной нормы отклонения - формирует и передает через узел приема/передачи информации (2) в автоматизированную систему признак превышения погрешности измерения в старшей или младшей части диапазона измерения. Далее начинается процесс измерения именно сопротивления изоляции между очередными цепями. Измерение производится в два этапа: на первом - микропроцессорный элемент выдачей "0" на первый и "1" на второй коммутирующие узлы подключает контролируемые цепи к измерительным входам, а на втором этапе - меняет их местами, выдавая соответственно "1" и "0". После этого микропроцессорный элемент производит усреднение напряжения (АЦП 8) и тока (АЦП 6) по данным двух этапов (при суммировании результатов измерений двух этапов ток утечки источника напряжения контролируемой цепи, протекающий через токовый шунт, взаимно вычитается), вычисляет сопротивление всей цепи и вычитает из результата значения сопротивлений ограничительных резисторов и резистора шунта, получая тем самым значение сопротивления изоляции. Результат, с признаком соответствия (не соответствия) норме для данных цепей, передается в автоматизированную систему, а при заниженном сопротивлении - и в блок сигнализации. Далее процесс повторяется для других цепей.
Таким образом, число входных резисторов сокращается до двух (Ro1, Ro2), сопротивление которых периодически контролируется, как и всей метрологической характеристики в целом, что было невозможно в аналогах.
Изменение сопротивления входных резисторов возможно из-за высоковольтных перенапряжений в контролируемых цепях, которые превышают рабочее напряжение резисторов. Например, это относится к цепям железнодорожной автоматики и телемеханики, связанных с напольными устройствами, где могут возникать высоковольтные помехи из-за молниевых разрядов, движения составов на электрической тяге и т.д.