СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЭКВИВАЛЕНТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ИЗОЛИРОВАННЫХ ОТ ЗЕМЛИ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА, В ТОМ ЧИСЛЕ И СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ СО СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR MEASUREMENT AND CONTROL OF EQUIVALENT INSULATION RESISTANCE OF UNEARTHED POWER ELECTRIC DIRECT-CURRENT MAINS, INCLUDING ELECTROMOTOR NETWORKS WITH VOLTAGE STATIC CONVERTERS AND RELATED DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике для измерения, контроля и сигнализации о снижении сопротивления изоляции силовых электрических сетей постоянного тока ниже нормы и используется для измерения и постоянно действующего контроля сопротивления изоляции электрических сетей постоянного тока на кораблях, судах, шахтах, метрополитене и там, где есть разветвленные отдельные сети постоянного тока.
Предлагаемые способ и устройство измерения и контроля сопротивления изоляции силовых электрических сетей постоянного тока относится к технике улучшения условий пожароэлектробезопасности эксплуатации силовых цепей генерирования, преобразования электрической энергии различных электросетей постоянного тока, изолированных от земли.
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 УЗО-20 по ТУ 16-92 ИЖТШ.656111085ТУ г.Ставрополь, завод «Сигнал». Недостатками данного способа являются сравнительно низкая надежность пожаробезопасности и ограниченная область применения.
Известен способ измерения сопротивления изоляции сетей постоянного тока относительно земли (корпуса), заключающийся в том, что применяют дополнительный источник постоянного измерительного напряжения, а для исключения влияния рабочего напряжения контролируемой сети перед измерением компенсируют напряжение сети относительно земли (корпуса) введением регулируемого источника постоянного напряжения, после чего включают источник измерительного напряжения и производят отсчет показаний измерительного прибора (Авт. Свид. СССР № 369515, опубл. 08.11.1979 г БИ №10).
Недостатком данного способа является необходимость наличия двух источников постоянного напряжения - компенсирующего и измерительного. В электрических сетях питания транспортных средств довольно часто трудно конструктивно и технологически обеспечить хорошую компенсацию напряжения питания объекта контроля.
Известны способ и устройство для измерения сопротивления изоляции в сетях постоянного тока по авторскому свидетельству СССР №370551 по МКИ G01R 27/18, отличающиеся 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 постоянного тока соответственно изменяется (увеличивается) и погрешность измерения сопротивления изоляции.
За прототип взяты сравнительно новые способ и устройство измерения сопротивления изоляции силовой сети электроустановок транспорта под рабочим напряжением (патент РФ № 2175138 С1 G01R 27/18, B60L 3/00. опубликован 20.10.2001 г. Бюл. №29), в которых способ измерения сопротивления изоляции силовой сети электроустановок транспорта под рабочим напряжением, при котором 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, ток измерительного источника напряжения и вычисляют сопротивление изоляции силовой сети относительно земли путем деления измеренного напряжения на измеренный ток.
Устройство измерения сопротивления изоляции содержит источник измерительного напряжения, ограничительный резистор, индикатор, формирователь измерительных схем, микропроцессорный блок, два датчика напряжения, два датчика тока.
Недостатками этого способа и реализующего его устройства являются большая сложность реализации, особенно в части компенсации до нуля напряжения на сопротивлении изоляции неконтролируемого полюса, измерительное напряжение необходимо выбирать существенно выше напряжения контролируемой сети, что существенным образом усложняет и удорожает устройство, снижает его надежность, а наличие двух датчиков тока и двух датчиков напряжения ведет к увеличению погрешности измерений сопротивления изоляции. Недостатком этого способа и устройства является также и то, что в процессе измерения сопротивления изоляции происходит перезаряд емкостей электрической сети от нуля до полного напряжения сети. Если в такой сети без применения способа и устройства контроля сопротивления изоляции оператор касается одного полюса сети, то попадает под напряжение, которое существенно ниже напряжения сети, а при применении этого способа и устройства в аналогичной ситуации человек попадает под полное напряжение сети, из-за чего существенно ухудшаются условия электробезопасности при контроле силовой сети постоянного тока.
Предлагаемый способ измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока и устройство для его реализации, блок-схема которого представлена на фиг.1, свободен от недостатков, присущих прототипу , это достигается тем, что предлагаемый способ измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока, в том числе и сетей электродвижения со статическими преобразователями под рабочим напряжением, заключающийся в том, что сначала измеряют напряжение относительно земли одного полюса контролируемой сети постоянного тока, затем шунтируют этот же полюс относительно земли (корпуса) резистором, отличающийся тем, что шунтирующий резистор изменяют таким образом по величине, чтобы напряжение этого полюса относительно земли уменьшилось ровно в два раза по сравнению с величиной напряжения этого полюса относительно земли до шунтирования, после чего шунтирующий резистор отключают и измеряют его величину, которая будет численно равна эквивалентному сопротивлению контролируемой сети постоянного тока.
Предложено также устройство для измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока, в том числе и сетей электродвижения со статическими преобразователями под рабочим напряжением, которое содержит генератор импульсов с переключающимся ключом К1 на выходе, первое устройство выборки и хранения аналогового сигнала (УВХАС), резистивный делитель постоянного напряжения, отличающееся тем, что резистивный делитель постоянного напряжения делит запомненную в УВХАС величину напряжения на два, а в устройство дополнительно введены компаратор с первым и вторым входами, усилитель мощности (УМ) и реле (Р) с переключающейся группой контактов на выходе, второе устройство УВХАС, омметр с верхним и нижним выводом и управляемая ключами декодирующая резистивная матрица (ДРМ) с верхним и нижним выводами, причем введенный компаратор первым входом соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения, а вторым входом компаратор соединен с верхним выводом декодирующей резистивной матрицы, кроме того верхний вывод ДРМ через замыкающие контакты реле соединен с верхним выводом омметра через второе УВХАС, а через последовательно соединенные размыкающие контакты реле и замыкающие контакты ключа К1 верхний вывод ДРМ соединен с положительным полюсом контролируемой сети постоянного тока, а нижние выводы ДРМ и омметра соединены с корпусом (землей).
Предложенные способ и устройство по сравнению с прототипом обеспечивают существенное повышение надежности и позволяют измерять и контролировать сопротивление изоляции в любом диапазоне величин сопротивления изоляции в различных силовых сетях постоянного тока, изолированных от земли (корпуса).
Устройство измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока, в том числе и сетей электродвижения со статическими преобразователями под рабочим напряжением содержит генератор импульсов 1 с переключающимся ключом К1 2 на выходе, первое устройство выборки и хранения аналогового сигнала (УВХАС) 3, резистивный делитель постоянного напряжения 4, компаратор 5 с первым и вторым входами, усилитель мощности (УМ) 6 и реле 7 (Р) с переключающейся группой контактов на выходе Р1-1 8, второе устройство выборки и хранения аналогового сигнала 9, омметр 10 с верхним и нижним выводами, управляемая ключами декодирующая резистивная матрица (ДРМ) 11 с верхним и нижним выводами, причем введенный компаратор 5 первым входом соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения 4, а вторым входом компаратор 5 соединен с верхним выводом декодирующей резистивной матрицы 11, а верхний вывод ДРМ (11) соединен с верхним выводом омметра 10 через последовательно соединенные замыкающие контакты 8 реле 7 и второе введенное устройство выборки и хранения аналогового сигнала 9, кроме того верхний вывод ДРМ (11) соединен с положительным полюсом контролируемой сети 12 постоянного тока через последовательно соединенные размыкающие контакты реле Р1-1 8 и замыкающие контакты ключа К12, а нижние выводы ДРМ11 и омметра 10 соединены с корпусом (землей) 13, а все элементы схемы запитаны от блока питания 14.
Работа способа и устройства измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока, в том числе и сетей электродвижения со статическими преобразователями под рабочим напряжением происходит следующим образом. Устройство одним выводом через переключающуюся группу контактов 2 ключа К1 подключается к выбранному полюсу контролируемой сети 12, а другим выводом устройство контроля подключается к земле (корпус) 13, величина напряжения относительно земли положительного полюса контролируемой сети через размыкающие контакты 2 ключа К1 подается на первый вход первого устройства выборки и хранения аналогового сигнала 3 и запоминается в УВХАС 3, к выходу УВХАС 3 подключен резистивный делитель на два 4 постоянного напряжения, со средней точки которого снимается уменьшенное в два раза запомненное в УВХАС 3 напряжение относительно корпуса (земли) положительного полюса контролируемой сети 12 постоянного тока, и подается на первый вход компаратора 5, срабатывает генератор импульсов 1 по заданной программе и переключает положительный полюс контролируемой сети 12 с первого входа УВХАС 3 на второй вход компаратора 5 через размыкающие контакты 8 реле 7, а ко второму входу подключена управляемая ключами декодирующая резистивная матрица 11, матрица образована параллельно включенными проводимостями, которые разделены на три тетрады, весовые коэффициенты проводимостей каждой тетрады выбраны в соответствии с двоично-десятичным кодом 1-2-4-2. С помощью управляемых ключей ДРМ11 изменяют величину сопротивления ДРМ 11 до тех пор, пока напряжения на входах компаратора не сравняются, в результате чего и сработает компаратор 5, и сработает реле 7, которое своими контактами 8 подключает верхний вывод ДРМ на верхний вывод омметра через второе устройство 9 УВХАС, а омметр 10 индицирует величину активного сопротивления ДРМ11, которая будет численно равна эквивалентному сопротивлению изоляции контролируемой сети постоянного тока 12.