УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для защиты электрических установок постоянного тока с изолированными от земли проводами от аварийных режимов.
Известно устройство для контроля изоляции электрических систем (Патент №128797 РФ, МПК H02H 3/17. Устройство для контроля изоляции электрических систем./ Балюк А.А., Борзеев И.Я., Ахтямов М.Х.; ДВГУПС (РФ).-№2012152104/07, Заявлено 04.12.2012, Опубл. 27.05.2013. Бюл. №15).
Устройство содержит генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампу сигнализации, установленные в исполнительном элементе, повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке, аналого-цифровым преобразователем, установленным в измерительном блоке.
Элементы устройства соединены между собой следующим образам. Генератор сети своими двумя выходами присоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого присоединены к блоку вентильной защиты, выходы которого присоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент с установленным в нем симистором, реле и лампой сигнализации своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, первичная обмотка повышающего трансформатора своим входом подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу реле тока измерительного блока.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и затем на блок вентильной защиты и нагрузку. Одновременно ток генератора непромышленной частоты поступает на нагрузку через выпрямитель, повышающий трансформатор заградительного блока, разделительные конденсаторы блока присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку и далее на землю, который является основным путем прохождения тока. В блоке присоединения токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет контактами поступает, на реле и аналого-цифровой преобразователь измерительного блока. Кроме того, ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и на отключающую катушку исполнительного элемента.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока, аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала по позиции «А» как показано на фиг. 2.
При этом контакты исполнительного элемента находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты продолжают поступать на нагрузку. Датчик тока в блоке присоединения, симистор в исполнительном элементе закрыты, сигнальная лампа в исполнительном элементе не горит.
В предаварийном режиме при состоянии изоляции контролируемой сети нагрузки до срабатывания реле в измерительном блоке аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала по позиции «Б» как показано на фиг. 2. При этом производится запись времени состояния изоляции контролируемой сети нагрузки. Это дает возможность своевременного отыскания места повреждения. Ток от генератора сети продолжает поступать на нагрузку.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм результирующий ток утечки увеличивается выше установленных норм, реле в измерительном блоке срабатывает и включает контакт в исполнительном элементе.
Измерительный блок показывает величину результирующего тока утечки выше установленных норм, сигнальная лампа в исполнительном элементе горит, показывая аварийный режим, при этом аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала по позиции «В» «аварийный режим» (фиг. 2)
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть нагрузки датчик тока в блоке присоединения открывается, и ток от генератора непромышленной частоты поступает на вход симистора и сигнальную лампу, при этом симистор открывается, ток поступает на реле, контакт в исполнительном элементе замыкается и включает катушку отключения дифференциального автомата, и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю. Дифференциальный автомат отключает генератор сети от нагрузки. Аналого-цифровой преобразователь в измерительном блоке производит развертку на график и непрерывную запись времени по позиции «В» «аварийный режим» (фиг. 2)
1
1
Достоинством устройства для контроля изоляции электрических систем является то, что оно осуществляет контроль изоляции с достаточной точностью является чувствительным и помехозащищенным, производит развертку сигнала на график и непрерывную запись времени, что существенным образом сокращает время поиска неисправностей в системе, предотвращает образование, аварийных режимов в электроустановке с фиксацией времени t, и напряжения U на графике.
Недостатком устройства является то, что оно не позволяет определить поврежденный провод в контролируемой сети, что приводит к снижению точности измерения величины сопротивления изоляции. Кроме того, при кратковременных механических воздействиях на провода контролируемой сети, происходит необоснованное отключение дифференциального автомата от сети, что приводит к снижению устойчивости работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изоляции электрических систем (Патент №149967 РФ, МПК H02H 3/17 (2006.01). Устройство для контроля изоляции электрических систем/ А.А. Балюк, И.Я. Борзеев, М.Х. Ахтямов; ДВГУПС (РФ). - №2014132528; Заявлено 06.08.2014; Опубл. 27.01.2015, Бюл. №3).
Устройство содержит генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампу сигнализации, установленные в исполнительном элементе, повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке, аналого-цифровой преобразователь, установленный в измерительном блоке, дополнительный разделительный конденсатор, уставленный в блоке присоединения и автоматический переключатель проводов, расположенный между блоком присоединения и заградительным блоком.
При этом генератор сети своими двумя выходами присоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого присоединены к блоку вентильной защиты, выходы которого присоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент с установленным в нем симистором, реле и лампой сигнализации своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, первичная обмотка повышающего трансформатора своим входом подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу реле тока измерительного блока, вход автоматического переключателя проводов подключен к выходам блока присоединения, а его выход - к входу заградительного блока, а выходы дополнительного разделительного конденсатора, являются седьмым и восьмым выходами блока присоединения.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и затем на блок вентильной защиты и нагрузку. Одновременно ток генератора непромышленной частоты поступает на нагрузку через выпрямитель, повышающий трансформатор заградительного блока, автоматический переключатель проводов, подключенный к пятому выходу блока присоединения через разделительный конденсатор, блок вентильной защиты, нагрузку и далее на землю, который является основным путем прохождения тока.
В блоке присоединения токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет контактами, поступает на реле и аналого-цифровой преобразователь измерительного блока. Кроме того, ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и на отключающую катушку исполнительного элемента.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока, аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала. При этом контакты исполнительного элемента находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты продолжают поступать на нагрузку. Датчик тока в блоке присоединения, симистор в исполнительном элементе закрыты, сигнальная лампа в исполнительном элемент не горит.
В предаварийном режиме при состоянии изоляции контролируемой сети нагрузки до срабатывания реле в измерительном блоке аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала. При этом производится запись времени состояния изоляции контролируемой сети нагрузки. В это время автоматический переключатель проводов в ручном режиме отключают от разделительного конденсатора и переключают его на дополнительный конденсатор, выходы которого являются седьмым и восьмым выходами блока присоединения. Поочередно переключая автоматический переключатель проводов определяют наиболее поврежденный провод. Ток от генератора сети продолжает поступать на нагрузку.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм результирующий ток утечки увеличивается выше установленных норм, реле в измерительном блоке срабатывает и включает контакт в исполнительном элементе. Измерительный блок показывает величину результирующего тока утечки выше установленных норм, сигнальная лампа в исполнительном элементе горит, показывая аварийный режим, при этом аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала по позиции «аварийный режим».
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть нагрузки датчик тока в блоке присоединения открывается и ток от генератора непромышленной частоты поступает на вход симистора и сигнальную лампу, при этом симистор открывается, ток поступает на реле, контакт в исполнительном элементе замыкается, и включает катушку отключения дифференциального автомата и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю. Дифференциальный автомат отключает генератор сети от нагрузки. Аналого-цифровой преобразователь в измерительном блоке производит развертку на график и непрерывную запись времени.
1
1
Устройство позволяет осуществлять контроль изоляции с достаточной точностью и производит не только развертку сигнала на график и непрерывную запись времени, что существенным образом сокращает время поиска неисправностей в системе, предотвращает образование, аварийных режимов в электроустановке с фиксацией времени t и напряжения U на графике, но и позволяет своевременно определить наиболее поврежденный провод.
Недостатком устройства является то, что при кратковременных воздействиях механического характера на провода контролируемой сети, проявляющихся в результате различных земляных работ, проезда транспорта, падения различных предметов на кабели и т.п., происходит необоснованное отключение дифференциального автомата от контролируемой сети, что приводит к снижению надежности работы устройства.
Задачей полезной модели является создание устройства для контроля изоляции электрических систем, позволявшего повысить надежность работы устройства при кратковременных воздействиях механического характера на контролируемую сеть.
Для решения поставленной задачи в устройство для контроля изоляции электрических систем, содержащем блок присоединения, блок вентильной защиты, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампу сигнализации, установленные в исполнительном элементе, повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке, аналого-цифровой преобразователь, установленный в измерительном блоке, дополнительный разделительный конденсатор, уставленный в блоке присоединения и автоматический переключатель проводов, расположенный между блоком присоединения и заградительным блоком, при этом два входа блока присоединения выполнены с возможностью подключения к двум выходам генератора трехфазной сети, первый и второй выходы блока присоединения подключены к блоку вентильной защиты, выходы которого присоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент с установленным в нем симистором, реле и лампой сигнализации своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, первичная обмотка повышающего трансформатора своим входом подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу реле тока измерительного блока, вход автоматического переключателя проводов подключен к выходам блока присоединения, а его выход - к входу заградительного блока, а выходы дополнительного разделительного конденсатора, являются седьмым и восьмым выходами блока присоединения, дополнительно установлено реле времени, расположенное в блоке исполнительного элемента, и включенное своими контактами в цепь катушки отключения дифференциального автомата.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, являются, снабжение устройства реле времени, расположение его в блоке исполнительного элемента и включение его своими контактами в цепь катушки отключения дифференциального автомата.
Благодаря отличительным признакам устройство позволяет повысить надежность его работы, при кратковременных воздействиях механического характера на контролируемую сеть. Это обусловлено тем, что устройство, благодаря отличительным признакам, позволяет производить автоматическое повторное включение дифференциального автомата в контролируемую сеть при кратковременном механическом воздействии на провода сети. Таким образом, контролируемая сеть остается включенной, что повышает надежность электроснабжения нагрузки и ликвидируются необоснованные ее отключения. Все это приводит к повышению надежности работы устройства.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема устройства для контроля изоляции электрических систем, на фиг. 2 - рафик развертки сигнала, на котором позиция "А" обозначает нормальный режим, позиция "Б" - режим неисправности, а позиция "В" - аварийный режим.
Устройство для контроля изоляции электрических систем содержит блок присоединения 1, блок вентильной зашиты 2, автоматический переключатель проводов 3, генератор тока непромышленной частоты 4, выпрямитель 5, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок 6, измерительный блок 7, аналого-цифровой преобразователь 8, расположенный в измерительном блоке 7, исполнительный элемент 9, повышающий трансформатор 10, расположенный в заградительном блоке 6.
Блок присоединения 1 содержит дифференциальный автомат 11, разделительные конденсаторы 12, 13, 14, и датчик тока 15. Блок присоединения 1 подключен к блоку вентильной защиты 2 и далее к нагрузке, дифференциальный автомат 11 последовательно соединен с разделительным конденсатором 12 и параллельно с разделительным конденсатором 13, 14.
Выходы дифференциального автомата 11 являются двумя выходами блока присоединения 1, первый и второй выходы дифференциального автомата 11 являются третьим и четвертым выходами блока присоединения 1, а выход разделительного конденсатора 12 - его пятым выходом, шестым выходом блока присоединения 1 является выход датчика тока 15, вход которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов 13, седьмым и восьмым выходами блока присоединения 1 является выход дополнительного разделительного конденсатора 14.
Заградительный блок 6 содержит повышающий трансформатор 10, вход и выход которого являются входом и выходом заградительного блока 6.
Измерительный блок 7 содержит реле 16, конденсатор 17 и аналого-цифровой преобразователь 8. Вход реле 16 и конденсатора 17 и параллельно к ним присоединенный вход аналого-цифрового преобразователя 8 является входом измерительного блока 7, а выход реле 16 и конденсатора 17 и параллельно к ним присоединенный выход аналого-цифрового преобразователя 8 является выходом измерительного блока 7.
Исполнительный элемент 9 содержит катушку отключения 18 дифференциального автомата 11, реле времени 19, симистор 20, реле 21, лампу сигнализации 22 и объединенные контакты 23, 24. При этом выход симистора 20 соединен с входом, реле 21, выход которого соединен с землей, вход сигнальной лампы 22 параллельно с входом симистора 20 подсоединен к выходу датчика тока 15, а выход соединен с землей.
Вход реле времени 19 является входом исполнительного элемента 9, а выход замыкающего контакта 25 - его выходом, который подсоединен к входу катушки отключения 18.
Вход катушки 18 является входом исполнительного элемента 9, выход объединенных контактов 23, 24 - его одним выходом, вторым выходом является вход симистора 20 и сигнальной лампы 22, объединенных между собой. Другим выходом блока исполнительного элемента 9 является объединенный выход реле 21 и сигнальной лампы 22 соединенных с землей.
Входы блока присоединения 1 выполнены с возможностью подключения к двум выходам генератора трехфазной сети 26, первый и второй выходы блока присоединения подключены к входам блока вентильной защиты 2, выходы которого соединений с нагрузкой 27, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока присоединения 1 присоединены к входам исполнительного элемента 9 и заградительного блока 6.
В качестве генератора сети 26 выбран генератор ПН-140, блок вентильной защиты 2 оборудован силовыми диодами ВК-200, генератор тока непромышленной частоты 4 - АД-20М, выпрямитель 5 оборудован диодами Д226Д. В блоке присоединения 1 использован дифференциальный автомат ПМВ 11 и конденсаторы 12, 13, 14 типа КБГ-МП 600 В, датчик тока 15 типа ДПС. В заградительном блоке 6 введем повышающий трансформатор 10 Тр-600 - 2200/3000 и использован конденсатор КБГ-400 В. В измерительном блоке 7 использовано реле 16 РЭС 64А с током срабатывания 1,2-1,3 мА и миллиамперметр M200I-24, которые своими выходами подключены к входам аналого-цифрового преобразователя 8, собранного на микросхеме КР 572 ПВВ и преобразователя уровней 5 N 74 LYCC 3245A. В качестве исполнительного элемента 9 использованы катушка 18 пускателя ПМВ, реле времени ЭВ-100 19, реле РКН 21, симистор 20, сигнальная лампа ЛС 22.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток от генератора сети 26 поступает на дифференциальный автомат 11 блока присоединения 1 и затем на блок вентильной защиты 2 и нагрузку 27. Одновременно ток генератора непромышленной тоты 4 поступает на нагрузку 27 через выпрямитель 5, повышающий трансформатор 10 заградительного блока 6, автоматический переключатель проводов 3, подключенный к пятому выходу блока присоединения 1 через разделительный конденсатор 12, блок вентильной защиты 2, нагрузку 27 и далее на землю, который является основным путем прохождения тока.
В блоке присоединения 1 токи от генератора сети 26 и генератора непромышленной частоты 4 накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет контактами 23, 24 поступает, на реле 16 и аналого-цифровой преобразователь 8 измерительного блока 9. Кроме того, ток от генератора сети 26 поступает на дифференциальный автомат 11 блока присоединения 1 и на отключающую катушку 18 исполнительного элемента 9.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки 27 имеет допустимое значение, величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта 24 реле 16 измерительного блока 7, аналого-цифровой преобразователь 8 производит развертку сигнала по позиции «А» (фиг. 2).
При этом контакты 23, 24 исполнительного элемента 9 находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети 26 и генератора непромышленной частоты 4 продолжают поступать на нагрузку 27. Датчик тока 15 в блоке присоединения 1, симистор 20 в исполнительном элементе 9 закрыты, сигнальная лампа 22 в исполнительном элемент 9 не горит.
В предаварийном режиме при состоянии изоляции контролируемой сети нагрузки 27 до срабатывания реле 16 в измерительном блоке 7 аналого-цифровой преобразователь 8 производит развертку сигнала по позиции «Б» (фиг. 2). При этом производится запись времени состояния изоляции контролируемой сети нагрузки 27. В это время автоматический переключатель проводов 3 в ручном режиме отключают от разделительного конденсатора 12 (пятый выход блока присоединения 1) и переключают его на дополнительный конденсатор 14, выходы которого являются седьмым и восьмым выходами блока присоединения 1. Поочередно переключая автоматический переключатель проводов 3 на позицию п.1 или п.2 определяют наиболее поврежденный провод. Ток от генератора сети 26 продолжает поступать на нагрузку 27.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки 27 ниже установленных норм результирующий ток утечки увеличивается выше установленных норм, реле 16 в измерительном блоке 7 срабатывает и включает контакт 24 в исполнительном элементе 9 и на реле времени 19 поступает ток. Реле времени 19 в течение 20 с.не позволяет включить свой контакт 23 в цепи отключения катушки 18 дифференциального автомата 11. За это время ликвидируется кратковременное механическое воздействие на провода контролируемой сети нагрузки 27. Ток от генератора сети 26 продолжает поступать на нагрузку 27. В результате происходит автоматическое повторное включение дифференциального автомата 11 к сети нагрузки 27.
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть нагрузки 27 датчик тока 15 в блоке присоединения 1 открывается и ток от генератора непромышленной частоты 4 поступает на вход симистора 20 и сигнальную лампу 22, при этом симистор 20 открывается, ток поступает на реле 21, контакт 23 в исполнительном элементе 9 замыкается и ток поступает на реле времени 19. Реле времени 19 в течение 20 с.не позволяет включить свой контакт 23 в цепи отключения катушки 18 дифференциального автомата 11. За это время ликвидируется кратковременное механическое воздействие на провода контролируемой сети нагрузки 27. Ток от генератора сети 26 продолжает поступать на нагрузку 27. В результате происходит автоматическое повторное включение дифференциального автомата 11 к сети нагрузки 27.
Таким образом, во всех случаях аварийного режима в контролируемой сети нагрузки осуществляется автоматическое повторное включение дифференциального автомата к сети нагрузки, что не позволяет необоснованно производить отключение его от нагрузки.