СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ШИН ИСТОЧНИКОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА КОРПУС
METHOD OF AUTOMATIC CONTROL OF DIRECT CURRENT RADIANT BUSBARS INSULATION RESISTANCE ON CASE

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области автоматического контроля сопротивления изоляции шин нерегулируемых и регулируемых источников постоянного тока как автономных, так и гальванически связанных, имеющих одну общую шину, например, минусовую, с подключенной нагрузкой и без нагрузки, шин, находящихся под напряжением или обесточенных.
Известен способ определения сопротивления путей утечек тока на землю в электрических системах по а.с. 2010247. Этот способ применим, в частности, для определения путей утечек тока на землю полюсов гальванически связанных источников постоянного напряжения, соединенных последовательно (аккумуляторы). Поскольку каждый элемент аккумулятора имеет внутреннее сопротивление, то, шунтируя его, можно изменять напряжение на элементе и, зная напряжение на других, составить систему уравнений. При этом число элементов в системе может быть любым.
Сопротивление шунта должно быть соизмеримо с величиной внутреннего сопротивления элемента.
Недостатком этого способа контроля является большое энергопотребление в процессе контроля последовательно соединенных источников электрической энергии и неработоспособность способа контроля последовательно соединенных приемников, когда сопротивление пути утечки меньше или равно сопротивлению витка.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ контроля сопротивления изоляции шин источников постоянного тока, заключающийся в последовательном подключении измерительного органа (токового реле) к контролируемым шинам и корпусу, при этом перед подключением измерительного органа к контролируемой шине и корпусу подключается резистор, сопротивление которого равно сопротивлению обмотки токового реле, для исключения влияния емкостного тока конденсаторов, подключенных к шинам источников и корпусу. Способ обеспечивает допусковый контроль по а.с. 309320, кл. МКИ G01R 31/02.
Упрощенная электрическая схема устройства и эквивалентная схема приведены на фиг.1 и фиг.2 соответственно. Недостатком этого способа является невозможность определения достоверных значений сопротивлений изоляции конкретных шин источников (автономных и гальванически связанных), так как ток срабатывания реле в общем случае зависит от эквивалентного сопротивления изоляции шин источников.
Целью предлагаемого способа является определение действительных значений сопротивления изоляции на корпус шин нерегулируемых и регулируемых источников постоянного тока (повышения достоверности контроля); источники могут быть автономными и гальванически связанными, имеющие одну общую шину, например, минусовую; источники могут быть с подключенной нагрузкой или без нагрузки; шины могут быть под напряжением и обесточенными, а также, когда доступна для устройства одна минусовая шина (расширение функциональных возможностей), и уменьшение времени поиска неисправности.
Эта цель достигается тем, что измерения напряжения выполняют с подключаемым контрольным резистором между общей минусовой шиной источников и корпусом и делителем, по измеренным двум значениям напряжений вычисляют эквивалентное сопротивление и напряжение между минусовой шиной и корпусом с учетом делителя и контрольного резистора, затем вычисляют эквивалентное сопротивление и напряжение между минусовой шиной и корпусом с учетом контрольного резистора, после этого вычисляют сопротивления изоляции шин по формулам
где Rиз+ - действительное сопротивление изоляции плюсовой шины источника, Rиз- - сопротивление изоляции минусовой шины источника с учетом сопротивления контрольного резистора, Vист - напряжение контролируемого источника, R*э - эквивалентное сопротивление изоляции шин источника (шин гальванически связанных источников) с учетом сопротивления контрольного резистора Rк, V*xx - напряжение между корпусом и минусовой шиной источника с учетом контрольного резистора, сравнивают вычисленные сопротивления изоляции источников с Rк и по результатам сравнения определяют шину с заниженным сопротивлением изоляции, причем, выдача команд, запрос измеренных напряжений, вычисление и формирование результатов контроля осуществляют посредством программного модуля.
Контроль сопротивления изоляции шин источников по предлагаемому способу выполняется следующим образом.
э
xx
Упрощенная электрическая схема гальванически связанных нерегулируемых источников объекта контроля и эквивалентная схема приведены на фиг.3 и фиг.4 соответственно. V1, V2, V3 - источники напряжения с общей минусовой шиной; R, R1, R2, R3 - сопротивления изоляции относительно корпуса шин источников; V1≠V2≠V3 - действительные соотношения величин напряжений источников объекта контроля. 1/R=1/R1+1/R2+1/R3+1/R; V - напряжение между минусовой шиной и корпусом (см. Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи). Электрическая схема варианта устройства, обеспечивающего контроль по предлагаемому способу, приведена на фиг.5. Электрическая схема проверки устройства приведена на фиг.6. Устройство входит в состав контрольно-проверочной аппаратуры (КПА) (на базе аппаратно-программных средств) и управляется программным модулем (ПМ) по определенному алгоритму. Устройство содержит (фиг.5): К1-К11 - реле, управляемое модулем выдачи команд КПА; V1 - шины источника напряжения объекта контроля (OK); V4 - шины автономного источника КПА; Vк - контрольный источник постоянного тока, делитель на резисторах Rд, контрольный резистор Rк, резисторы Rвх1, Rвх2. Измерение всех напряжений источников ОК и КПА осуществляется измерительными модулями КПА. Устройство обеспечивает исполнение трех последовательно повторяющихся циклов контроля, как с подключенным контрольным источником тока, так и без. Первый цикл - контроль источников ОК (около 4,5 с), второй цикл - контроль источника КПА (около 3 с), третий цикл - контроль связи шин источников КПА и ОК (около 2 с).
Работа устройства без источника Vк. При выдаче команды на начало контроля шин источников ОК программный модуль запрашивает значения величин напряжений V1, V2, V3, затем анализирует значение V1 и при наличии напряжения формирует запрос на выдачу технологической команды (ТК1). По команде ТК1 в устройстве срабатывает реле К1 и на вход измерительного органа подключаются минусовая шина источников ОК и корпус. Одновременно к корпусу подключается средняя точка делителя напряжения на источнике V1 и контрольный резистор Rк, подключенный к минусовой шине. Назначение делителя напряжения: уменьшить напряжение помехи между шинами источников и корпусом и увеличить постоянное измеряемое напряжение между минусовой шиной и корпусом. Назначение Rк: определить, какая из шин +V1, +V2, +V3 имеет заниженное сопротивление изоляции на корпус. Резисторы Rвх1 и Rвх2 (Rвх1=2Rвх2) уменьшают входное сопротивление измерительного органа. Rвх измерительного органа >1МОМ. Через время t1 (2 c) после выдачи ТК1 (завершаются переходные процессы по заряду емкостей между шинами источников и корпусом) выполняется первое измерение напряжения между минусовой шиной и корпусом. Величина измеренного напряжения определяется по формуле:
1/R'э=1/Rэ+2/Rд+1/Rк;
Через время t2 (2 c) после выдачи ТК2 (завершаются переходные процессы по заряду емкостей между шинами источников и корпусом после подключения Квх2) выполняется второе измерение напряжения между минусовой шиной и корпусом. Величина измеренного напряжения определяется по формуле:
V'xx - напряжение между минусовой шиной и корпусом после подключения делителя и контрольного резистора. Время t1, t2 и пределы измеренных значений напряжений и вычисленных значений сопротивлений изоляции для принятия соответствующих решений по алгоритму окончательно устанавливаются по результатам работы с объектом контроля.
По завершении второго измерения снимаются команды ТК1, ТК2. После этого программный модуль начинает производить вычисления и анализировать полученные результаты.
При условии и V1и=0 и V2и=0 программный модуль формирует вторичный параметр системы контроля корпуса СКК=5 (короткое замыкание минусовой шины на корпус). Дальнейшая работа по данному алгоритму прекращается, программный модуль формирует кадр 1. Начинается контроль шин автономного источника. Параметр СКК находится на постоянном контроле. При отсутствии короткого замыкания начинается процесс вычислений:
1. Вычисление эквивалентного сопротивления изоляции
2. Вычисление напряжения между минусовой шиной и корпусом
3. Программный модуль выполняет анализ:
- При R'э=0 и при условии V'xx=V1 формирует параметр СКК=2 (короткое замыкание + V1 на корпус).
- При R'э=0 и при условии V'xx=V2 формирует параметр СКК=3 (короткое замыкание + V2 на корпус).
- При R'э=0 и при условии V'xx=V3 формирует параметр СКК=4 (короткое замыкание + V3 на корпус).
- При R'э=0 и при условии V'xx≠VI, V'xx≠V2, V'xx≠V3 формирует параметр СКК=11.
Если выполняется хотя бы одно условие, дальнейшая работа по алгоритму прекращается и программный модуль формирует кадр 1. Начинается контроль шин автономного источника.
4. При отсутствии КЗ по п.3 продолжается работа по алгоритму, вычисляется эквивалентное сопротивление без учета сопротивлений делителя:
1/R*э=1/R'э-2/Rд и действительное эквивалентное сопротивление изоляции 1/Rэ=1/R*э-1/Rк. При условии R*э=Rк (сопротивление изоляции шин источников ОК>1 MOM) дальнейшая работа по алгоритму прекращается. Программный модуль формирует параметр СКК=1 (норма) и кадр 1.
5. При невыполнении условия п.4 продолжается работа по алгоритму, вычисляются действительные сопротивления изоляции шин источников ОК.
5.1. Вычисляем величину напряжения между минусовой шиной и корпусом без учета делителя V*xx.
- Вычисляем ток короткого замыкания минусовой шины на корпус I'=V'хх/R'э (мА).
- Вычисляем ток короткого замыкания минусовой шины на корпус, без делителя I=I'-V1/Rд (мА).
- Вычисляем V*xx=R*эхI (В).
5.2. Вычисляем сопротивления изоляции шин источника V1 в предположении, что эти сопротивления обеспечивают R*э:1/R'+1/R1=1/R*э.
- Сопротивление изоляции минусовой шины
- Сопротивление изоляции плюсовой шины
5.3. Вычисляем сопротивления изоляции шин источника V2 в предположении, что эти сопротивления обеспечивают R*э:1/R''+1/R2=1/R*э.
- Сопротивление изоляции минусовой шины
- Сопротивление изоляции плюсовой шины
5.4. Вычисляем сопротивления изоляции шин источника V3 в предположении, что эти сопротивления обеспечивают R*э:1/R'''+1/R3=1/R*э.
- Сопротивление изоляции минусовой шины
- Сопротивление изоляции плюсовой шины
5.5. При выполнении условия R'=R''=R'''(R1>>R'; R2>>R''; R3>>R''') на корпусе минусовая шина через сопротивление R'; 1/R=1/R'-1/Rк. Дальнейшая работа по алгоритму прекращается и программный модуль формирует параметр СКК=6 и кадр 1. Начинается контроль автономного источника.
6. При отсутствии условия по 5.5. выполняется анализ полученных соотношений. При условии, что с корпусом связана одна из плюсовых шин, из соотношений R' - R1, R'' - R2, R''' - R3 действительным является только одно, определяемое с помощью Rк.
- При выполнении условия R'=Rк на корпусе шина + V1 через сопротивление R1. Программный модуль формирует параметр СКК=8 и кадр 1.
- При выполнении условия R''=Rк на корпусе шина + V2 через сопротивление R2. Программный модуль формирует параметр СКК=9 и кадр 1.
- При выполнении условия R'''=Rк на корпусе шина + V3 через сопротивление R3. Программный модуль формирует параметр СКК=10 и кадр 1.
- При выполнении условия R'≠Rк, R''≠Rк, R'''≠Rк заниженное сопротивление изоляции имеют как минимум две шины. Программный модуль формирует параметр СКК=7 и кадр 1. Оценка сопротивления изоляции выполняется по действительному значению эквивалентного сопротивления изоляции Rэ.
- Программный модуль завершает работу алгоритма, начинается контроль шин автономного источника.
При контроле сопротивлений изоляции шин автономного источника вычисляются действительные сопротивления изоляции плюсовой и минусовой шин, короткое замыкание шин на корпус. Программный модуль формирует соответствующие значения параметра СКК и кадр 2. По завершении алгоритма проверки шин автономного источника начинается контроль связи шин. При контроле связи шин автономного источника КПА и шин источников ОК определяются короткие замыкания шин и вычисляется эквивалентное сопротивление связи шин. Программный модуль формирует соответствующие значения параметра СКК и кадр 3. По завершении алгоритма проверки связи шин начинается контроль шин источников ОК. При необходимости каждый алгоритм может выполняться автономно и в каждом алгоритме можно предусмотреть допусковый контроль.
При использовании Vк формулы для V1u и V2u имеют вид, приведенный ниже, формула для вычисления R'э остается неизменной.
Источник Vк целесообразно применять при контроле связи шин и при доступной для контроля только минусовой шине ОК с включенными источниками ОК (один из этапов функционирования ОК).
Предложенное техническое решение дает при использовании положительный эффект, заключающийся в повышении достоверности контроля, расширении функциональных возможностей и снижении времени поиска неисправности.
Предлагаемый способ может быть использован в контрольно-проверочной аппаратуре (аппаратно-программных комплексах) для работ со сложными объектами контроля и в «интеллектуальных» средствах измерения сопротивлений.
На предприятии вышеуказанный способ отработан и заложен в техническую документацию КПА по испытаниям объектов контроля.