УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Полезная модель относится к устройствам для измерения сопротивления изоляции относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью, в частности судовых электрических сетей.
Известно устройство для измерения сопротивления изоляции трехфазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее источник питания постоянного напряжения, включенный последовательно с эквивалентным сопротивлением изоляции, ограничительным резистором и измерительным токовым прибором [Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 Вт. - М.: Энергия, 1972, С.85]. Подобным образом, например, устроены серийно выпускаемые в настоящее время устройства «Электрон-1» и другие подобные устройства, различающиеся конструктивно, например, включающие дополнительный источник переменного напряжения [а.с. SU 828116, опубл.07.05.1981] или каскад усиления полезного сигнала [заявка JP 61266966, опубл.26.11.1986].
Недостатком вышеописанных устройств является зависимость показаний измерительного прибора от стабильности напряжения источника постоянного напряжения, относительно низкие точность и разрешающая способность.
Для исключения влияния колебаний напряжения источника питания применяют логометры, измеряющие не силу тока, а отношение двух токов. Например, известно устройство для измерения сопротивления изоляции с использованием постоянного оперативного напряжения реле утечки, содержащее логометр и измерительный трансформатор [а.с. SU 303596, опубл.13.05.1971]. Однако, устройства, содержащие логометры обладают относительно низкой точность измерений и временной стабильностью метрологических параметров (изменение индукции в зазоре, износ кернов и подпятников и т.п.). В качестве прототипа выбрано одно из подобных устройств, содержащее гальванически развязанный от измеряемой сети источник питания постоянного напряжения, включаемый последовательно с измеряемым сопротивлением изоляции, ограничительным сопротивлением и омметр-логометром [Магаршак Б.Г. Судовые электро-измерительные приборы. -Л.: Судостроение. 1976, С.155].
Общим недостатком устройств, содержащих логометры, является относительно низкая точность измерений и необходимость обесточивания сети.
Решаемая техническая задача - повышение точности, надежности, разрешающей способности и функциональности одновременно со снижением требований к стабильности источника постоянного напряжения, и, следовательно, к его упрощению.
Предлагается устройство для контроля сопротивления изоляции относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью, содержащее гальванически развязанный от измеряемой сети источник питания постоянного напряжения, ограничительное сопротивление, шунт и средство измерения, включаемые в цепь последовательно с сопротивлением изоляции. Средство измерения выполнено с возможностью измерения отношения вольтамперных характеристик участка цепи, содержащего ограничительное сопротивление, и участка цепи, параллельного источнику питания. Новым является то, что участок цепи, параллельной источнику питания, содержит опорный делитель напряжения, а средство измерения выполнено с возможностью определения сопротивления изоляции по отношению напряжений на шунте и опорном сопротивлении.
Для ограничения токов, участок цепи, содержащий ограничительное сопротивление, содержит резистор, используемый в качестве шунта, включенный последовательно в цепь с ограничительным сопротивлением и сопротивлением изоляции.
Участок цепи, параллельной источнику питания, может быть выполнен в виде делителя напряжения на базе двух последовательных сопротивлений, с одного из которых снимается опорное напряжение.
Для фильтрации сетевого переменного напряжения, параллельно как шунту, так и измерительному плечу делителя напряжения может быть включен конденсатор.
Средство измерения лучше выполнять в виде аналого-цифрового преобразователя (далее - АЦП), соединенного измерительным входом параллельно ограничительному сопротивлению, а входом опорного напряжения - параллельно измерительному плечу делителя напряжения. Выход АЦП может быть соединен с со схемой сравнения, выполненной с возможностью воздействия на оперативные устройства отображения, управления и/или сигнализации.
Полезная модель поясняется с помощью одной фигуры, на которой представлена принципиальная схема измерения с использованием заявляемого устройства.
Полезная модель поясняется на примере устройства для контроля сопротивления изоляции судовой электрической сети относительно земли (корпуса судна).
Устройство содержит ограничительное сопротивление 1, шунт 2, делитель напряжения 3 и 4, источник питания 5 напряжением U=150 В, фильтрующие конденсаторы 6 и 7, АЦП 8. Устройство служит для контроля эквивалентного сопротивления 9 изоляции
судовой электрической сети 10с изолированной нейтралью. В качестве АЦП 8 используется двухканальный 16-разрядный АЦП модели AD7705 производства фирмы «Аналог Дивайсиз, Инк.» США (запатентован - патент US 5134401).
ВХ
ОП
При работе устройства на вход АЦП 8 подается напряжение шунта U и опорное напряжение Uс делителя 3,4, которые выражаются следующими формулами:
1
2
3
4
ЭК
где R, R, R, R - величина сопротивлений 1, 2, 3 и 4 соответственно; R - эквивалентное измеряемое сопротивление изоляции 9.
АЦП 8 измеряет отношение входного сигнала к опорному, аналогично измерениям с помощью логометра, т.е. выходной код L АЦП 8, позволяющий судить о сопротивлении 9 изоляции описывается следующим выражением:
где N=16- разрядность АЦП 8.
Далее выходной код (сигнал) подают на схему сравнения (не показана), воздействующей на оперативные устройства отображения, управления и сигнализации.
BX
ОП
Определим отношение входного напряжения U к опорному напряжению U:
Как видно из этого выражения, отношение напряжений, а следовательно и выходной код АЦП 8 не зависит от напряжения U источника питания 5, т.е. не требуется его жесткая стабилизации источника, что позволяет упростить его схему, а также повысить точность измерений.
Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления полезной модели и не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления полезной модели.