УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли».
Известно устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, находящихся под напряжением [Авторское свидетельство СССР №892348, кл. G 01 R 27/16, Н 02 Н 3/16, 1981], содержащее вспомогательный источник постоянного напряжения, коммутатор, синхронизатор, ограничительный резистор, генератор затухающих колебаний, магнитный усилитель на двух тороидальных сердечниках с дополнительными обмотками и резистором, узкополосный фильтр и индикатор.
Однако основным недостатком данного устройства является его малое быстродействие. Это обусловлено тем, что после каждой проведенной коммутации вспомогательного источника постоянного напряжения нельзя сразу производить измерения тока. После коммутации необходим промежуток времени, достаточный для перезаряда емкостей сети. После этого промежутка времени можно производить измерение тока и лишь затем производить очередную коммутацию. Для устранения влияния переменных составляющих напряжения контролируемой сети на результат измерения число таких коммутаций может быть велико. Поскольку емкости сети могут достигать нескольких сотен микрофарад, то время измерения сопротивления изоляции сети может достигать нескольких десятков или даже сотен секунд. Это часто недопустимо, так как из-за возможного вероятного подключения или отключения отдельных потребителей во время измерения может появиться недопустимо большая погрешность измерения.
Кроме того, при таком длительном цикле измерения может произойти значительное изменение сопротивления изоляции и, как следствие,
возникнуть опасность поражения людей электрическим током и угроза возникновения пожара.
Известно устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока [Авторское свидетельство СССР №1765785, кл. G 01 R 27/18, 1992], содержащее две группы выпрямителей, двухполюсный переключатель на три положения, заземлитель, блок изменения внутреннего сопротивления вольтметра, измерительный прибор постоянного тока. Суть работы устройства состоит в следующем. К фазам сети переменного тока подключаются два трехфазных выпрямителя, (собранных по схеме Ларионова). Затем поочередно измеряют три средних значения напряжения: на выходе моста, между положительным полюсом моста и «землей», между отрицательным полюсом и «землей». Затем выполняют расчет сопротивления изоляции по формуле.
Основным недостатком данного способа является невысокое быстродействие, обусловленное необходимостью измерять средние значения напряжений, так как именно средние значения напряжений являются носителями информации о величине сопротивления изоляции.
Кроме того, этот способ непригоден для обесточенных сетей.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототип) является устройство измерения сопротивления изоляции [Лачин В.И. Контроль и прогнозирование состояния электроэнергетических объектов с дискретно-распределенными параметрами.- Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. - с.129-130.], содержащее трехфазный выпрямительный мост (блок подсоединения), блок измерения тока, регулируемый источник напряжения, синхронизатор, выходное устройство. Измерить сопротивление изоляции сети двойного рода тока можно, если свести ее параметры к эквивалентным параметрам сети постоянного тока. Для устранения влияния постоянной, мешающей составляющей напряжения сети производят измерение постоянного тока, протекающего через блок измерения тока дважды: сначала при одной
полярности вспомогательного регулируемого источника напряжения, потом - при другой, а затем результаты измерений вычитают. При вычитании значение силы тока утечки удваивается, поскольку она изменяет полярность при изменении полярности регулируемого источника напряжения, а «мешающая» составляющая силы тока сети становится при этом равной нулю, так как ее полярность остается неизменной, независимо от изменения регулируемого источника напряжения.
Вычитание измеренных значений силы тока и формирование выходного сигнала, пропорционального сопротивлению изоляции сети, производят в выходном устройстве. Рассмотренное устройство позволяет производить непрерывное измерение сопротивления изоляции в сетях двойного рода тока, находящихся под напряжением или обесточенных.
Однако в измерительной цепи устройства имеется и переменная составляющая напряжения, величина которой определяется величиной напряжения контролируемой сети и степенью ее несимметрии. А наличие этого, переменного, напряжения в цепи измерения приводит к погрешности измерения емкости сети. Причем эта погрешность тем больше, чем больше напряжение контролируемой сети и чем несимметричнее сеть. Поэтому предлагаемое устройство работоспособно лишь в ограниченном диапазоне напряжений контролируемой сети и лишь при ее определенной несимметрии.
Кроме того, данное устройство имеет большую длительность процесса измерения, которая возрастает с увеличением емкости контролируемой сети.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей. Технический результат заключается в уменьшении погрешности и времени измерения.
Поставленная задача достигается тем, в устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и
изолированных от «земли», содержащее регулируемый источник напряжения, блок подсоединения, блок измерения тока и выходное устройство, введены блок фильтрации, блок управления и два блока управляемых токов, причем выходы блока управления подключены ко входам блоков управляемых токов, а блоки управляемых токов включены между выходами блока подсоединения и блоком измерения тока, выход регулируемого источника напряжения подключен к одному входу блока управления, а ко второму входу блока управления подключен выход фильтра, вход которого подключен к средней точке блока подсоединения, а выходы фильтра и блока измерения тока подключены ко входам выходного устройства.
На фиг.1 приведена схема устройства, а на фиг.2 и на фиг.3 временные диаграммы, поясняющие его работу, причем на фиг.2а приведены напряжения фаз контролируемой сети, на фиг.2б - напряжение на входе блока фильтрации, на фиг.3а - напряжение на выходе блока фильтрации, а на фиг.3б - ток воздействия на сеть.
Устройство содержит блок управления 1, первый блок управляемого тока 2, блок подсоединения 3, контролируемую сеть 4, регулируемый источник напряжения 5, блок фильтрации 6, второй блок управляемого тока 7, блок измерения тока 8 и выходное устройство 9. Причем выходы блока управления 1 подключены ко входам блоков управляемых токов 2 и 7, а блоки управляемых токов 2 и 7 включены между выходами блока подсоединения 3 и блоком измерения тока 8, блок присоединения 3 подключен к контролируемой сети 4, выход регулируемого источника напряжения 5 подключен к одному входу блока управления 1, а ко второму входу блока управления 1 подключен выход блока фильтрации 6, вход которого подключен к средней точке блока подсоединения 3, а выходы блока фильтрации 6 и блока измерения тока 8 подключены ко входам выходного устройства 9.
ЗАД
1
1
1
1
1
2
2
2
Устройство работает следующим образом. Напряжение на выходе блока фильтрации 6 в общем случае содержит переменную составляющую, определяемую переменным напряжением контролируемой сети 4 и постоянную составляющую, если контролируемая сеть 4 является сетью двойного рода тока. Причем значения этих составляющих определяются параметрами контролируемой сети (фиг.2а) и степенью ее несимметрия. На выходе блока фильтрации 6 содержится лишь среднее значение (постоянная составляющая) этих напряжений (фиг.3а). Блок управления 1 подключает блок управляемого тока 2 через блок подсоединения 3 к контролируемой сети 4 и происходит процесс заряда эквивалентной емкости контролируемой сети до наперед заданного значения напряжения (U на фиг.6 Приложения). Величина изменения напряжения на емкости сети задается величиной и полярностью регулируемого источника напряжения 5. Поскольку зарядный ток велик, то время достижения заданного напряжения мало (t на фиг.5 Приложения) и по достижении этого заданного значения напряжения уменьшают значение тока блока управляемого тока до такой величины I, чтобы среднее значение напряжения U на выходе блока фильтрации 6 оставалось постоянным (фиг.3а). Процесс заряда эквивалентной емкости сети приведен в приложении. Значения напряжения U и тока I измеренного блоком измерения тока 8, запоминают в выходном устройстве 9. Затем с помощью блока управления 1, на вход которого воздействует регулируемый источник напряжения 5 с измененной полярностью напряжения, подключают блок управляемого тока 7, который формирует ток противоположного направления, чем блок управляемого тока 2 и повторяют описанные выше операции. Запоминают в выходном устройстве 9 новое значение среднего напряжения U на выходе блока фильтрации 6 и величину тока I блока управляемого тока 7, необходимую для поддержания постоянным напряжения U (фиг.3а) на выходах блока фильтрации 6.
В выходном устройстве 9 происходит обработка результатов измеренных и запомненных значений токов и напряжений, которая заключается в следующем.
1
2
1
2
1
2
ПОМ
ЗАД
Вычисляют разности напряжений U=U-U и токов I=I-I. Очевидно, что напряжения U и U содержат две составляющие. Первая U (помеха) определяется напряжением контролируемой сети 4 и степенью ее несимметрия, а вторая U - наперед заданным блоком регулируемого источника напряжения 5 напряжением.
1
ПОМ
ЗАД
2
ПОМ
ЗАД
ПОМ
Причем U=U+U, а U=U-U, где U - напряжение помехи, т.к. эти значения напряжений получены при разных направлениях токов, формируемых блоками управляемых токов 2 и 7.
1
2
ЗАД
1
ЗАД
2
ЗАД
1
2
ЗАД
1
2
ЗAД
ЗАД
ЗАД
ИЗ
Токи I и I обеспечивают поддержание на выходе блока фильтрации 6 постоянного напряжения после его изменения на заданную величину U, причем I=I, а I=-I. Таким образом, U=U-U=2U, a I=I-I=2I. Как показано в приложении U=I·R.
Далее вычисляют эквивалентное сопротивление изоляции контролируемой сети 4
1
2
1
2
Нетрудно видеть, что и при разных значениях токов I и I разность напряжений U и U, соответствующая этим токам и поделенная на разность этих токов будет определять эквивалентное сопротивление изоляции контролируемой сети 4.
Рассмотренное устройство позволяет измерять эквивалентное сопротивление изоляции электрических сетей любого рода тока при значительных значениях напряжения контролируемой сети и не требует проведения многократных измерений.
Таким образом, технический результат заключается в том, что предлагаемое устройство имеет меньшую погрешность измерения и меньшее время измерения.