Устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции
DEVICE FOR CONTROL AND MEASUREMENT OF INSULATION RESISTANCE

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обеспечения электробезопасности людей при появлении токов утечки в электрических сетях ввиду снижения сопротивления изоляции фазных проводов.
Известно устройство, реализующее способ измерения сопротивления изоляции (Иванов Е.А., Кузнецов С.Е. Методы контроля изоляции судовых электроэнергетических систем. Учебное пособие. - СПб: «Элмор», 1999, с. 53-54), который можно применять в сетях переменного и двойного рода тока. Суть способа состоит в следующем. К фазам сети переменного тока подключается трехфазный выпрямительный мост, собранный 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.
Недостатком данного устройства является невысокое быстродействие, обусловленное необходимостью измерять средние значения напряжений, так как именно средние значения напряжений являются носителями информации о величине сопротивления изоляции.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятое автором за прототип устройство, реализующее способ контроля сопротивления изоляции фазных проводов, использующий наложение одного тока на другой (см. В.С. Розанов. Безопасность жизнедеятельности. Электробезопасность. Учебное пособие. Москва, 1999, с. 17-18). Здесь последовательно в цепи между фазным проводом и «землей» с источником питания подключатся реле. При отсутствии тока утечки в цепи тока реле не срабатывает из-за недостаточного значения тока для его срабатывания по питанию. Следовательно, его контакт (нормально замкнутый или незамкнутый) не обеспечивает функционирование исполнительного механизма. Возникновение тока утечки в цепи накладывается на ток по питанию реле, и последнее начинает срабатывать. В результате соответствующий контакт реле своим контактом может обусловить возможность наличия тока утечки в цепи, величина которого зависит от суммарного сопротивления изоляции контролируемой сети.
Недостатком данного способа можно считать невысокое быстродействие и узкую функциональную возможность.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение быстродействия и расширение функциональной возможности.
Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля и измерения сопротивления изоляции, содержащее источник электрической сети и исполнительный механизм, введены преобразователь тока утечки, усилитель тока утечки, микроволновой генератор, блок, имитирующий сопротивление тела человека, и блок измерителя тока, причем источник электрической сети соединен с входом преобразователя тока утечки и первым плечом блока, имитирующего сопротивление тела человека, выход преобразователя тока утечки через усилитель тока утечки подключен к входу микроволнового генератора, выход которого соединен с входом исполнительного механизма, выход исполнительного механизма соединен со вторым плечом блока, имитирующего сопротивление тела человека, третье плечо последнего соединено с входом блока измерителя тока.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что диагностика тока утечки в электрической цепи (сети) и его измерение дают возможность обеспечить одновременно контроль и измерение сопротивления изоляции фазных проводов.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу контроля и измерения сопротивления изоляции на основе диагностики тока утечки и его измерения с желаемым техническим результатом, т.е. повышением быстродействия и расширением функциональной возможности.
На чертеже представлено предложенное устройство.
Предлагаемое устройство содержит источник электрической сети 1, преобразователь тока утечки 2, блок, имитирующий сопротивление тела человека 3, усилитель тока утечки 4, соединенный выходом с входом микроволнового генератора 5, исполнительный механизм 6 и блок измерителя тока 7.
Данное устройство работает следующим образом. Ток утечки, возникающий в источнике электрической сети 1 при ее рабочем режиме, поступает на преобразователь тока утечки 2, где он выпрямляется. Далее с выхода этого преобразователя выпрямленный ток усиливается в усилителе тока утечки 4 и поступает на вход микроволнового генератора 5 (питание генератора по постоянному току). При определенных значениях тока генератор переходит в рабочий (штатный) режим, т.е. начинает генерировать электромагнитные колебания. После этого сигнал с выхода микроволнового генератора, соответствующий колебаниям генератора, далее посредством исполнительного механизма 6 воздействует на блок, имитирующий сопротивление тела человека 3 (второе плечо этого блока). В рассматриваемом случае этот блок служит для прохождения тока через тело человека при его прикосновении к фазному проводу. В силу того что блок, имитирующий сопротивление тела человека, своим первым плечом соединен с электрической сетью (фазным проводом сети), ток, протекающий через тело человека, будет измеряться посредством блока измерителя тока 7 (третье плечо блока, имитирующего сопротивление тела человека).
Ч
Как известно, для тока, протекающего через тело человека, I можно записать (см. В.С. Розанов. Безопасность жизнедеятельности. Электробезопасность. Учебное пособие. Москва, 1999, стр. 14):
ф
ч
из
из
где U - фазное напряжение в электрической цепи, R - сопротивление тела человека, R - сопротивление изоляции фазного провода относительно «земли». Преобразование вышеприведенной формулы по R позволяет принимать:
ф
ч
ч
Из последней формулы видно, что при известных значениях U, R и тока I, измеренного блоком измерителя тока 7, можно вычислить сопротивление изоляции фазных проводов электрических сетей при его изменении (снижении).
Таким образом, на основе диагностики тока утечки в электрической цепи и его измерения можно обеспечить повышение быстродействия и расширение функциональной возможности устройства для контроля и измерения сопротивления изоляции.
Предлагаемое устройство успешно может быть использовано в электрических сетях напряжением до 1000 В - трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от «земли».
В качестве генератора в предлагаемом устройстве может быть использован генератор, выполненный на базе ганновского диода, работающего в трехсантиметровом диапазоне длин электромагнитных волн.
Одним из преимуществ данного технического решения по сравнению с другими устройствами является возможность передачи наличия тока утечки в электрической цепи дистанционно на расстояние.