УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЭКВИВАЛЕНТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ИЗОЛИРОВАННЫХ ОТ ЗЕМЛИ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ
DEVICE TO MEASURE AND MONITOR EQUIVALENT RESISTANCE OF INSULATION OF POWER DC ELECTRIC CIRCUITS UNDER WORKING VOLTAGE INSULATED FROM GROUND

Предложение относится к контрольно-измерительной технике для измерения, контроля и сигнализации о снижении сопротивления изоляции силовых электрических сетей постоянного тока ниже нормы и может быть использовано 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.
Предлагаемый способ и устройство измерения и контроля сопротивления изоляции силовых электрических сетей постоянного тока относится к технике улучшения условий пожароэлектробезопасности эксплуатации силовых цепей генерировпания, 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.656111.085 ТУ, 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 сопротивления изоляции 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, 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, МКИ G01R 27/18, B60L 3/00, опубл. 20.10.2001 г., бюл. №29), в которых предложен 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.
Недостатком этого способа и реализующего его устройства является 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, двух датчиков напряжения ведет к увеличению погрешности измерений сопротивления изоляции. Недостатком данного 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 оператор, касаясь одного полюса сети, попадает под напряжение, которое существенно ниже напряжения сети, то при применении этого способа и устройства в аналогичной ситуации оператор попадает под полное напряжение сети, из-за чего существенно ухудшаются условия электробезопасности при контроле силовой сети постоянного тока.
1
ш
2
из
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, свободно от недостатков, присущих прототипу. Это достигается тем, что предлагаемый способ измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока под рабочим напряжением, заключающийся в том, что сначала измеряют напряжение U относительно земли одного полюса контролируемой сети постоянного тока, затем шунтируют этот же полюс относительно земли (корпуса) резистором R, отличающийся тем, что измеряют напряжение U этого полюса относительно земли после шунтирования и завершения переходного процесса, связанного с процессом шунтирования, а эквивалентное сопротивление изоляции R контролируемой силовой сети постоянного тока рассчитывают по формуле:
ш
Предложено также устройство для измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции силовых электрических сетей постоянного тока под рабочим напряжением, содержащее генератор импульсов с переключающимся ключом К1 на выходе, блоки питания, сигнализации и индикации, шунт R, отличающееся тем, что в устройство введены подключенный к генератору импульсов формирователь импульсов ФИ с ключами К2 и К3 на выходе, первый и второй блоки выборки и хранения аналогового сигнала БВХАС, дифференциальный усилитель ДУ, электронный делитель напряжения ЭДН с умножителем напряжения УН на выходе, причем первый БВХАС подключен к одному полюсу контролируемой сети через последовательное соединение ключа К2 и ключа К1, а второй БВХАС подключен к тому же полюсу контролируемой сети также через последовательное соединение ключей К3 и К1, а выходы первого и второго блоков БВХАС соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя ДУ, а выход дифференциального усилителя соединен со входом электронного делителя напряжения (ЭДН), соединенного своим выходом со входом умножителя напряжения (УН), а выход умножителя напряжения соединен со входами блоков сигнализации и индикации, кроме того, все блоки устройства запитаны от блока питания.
Предложенный способ и устройство по сравнению с прототипом обеспечивают существенное повышение надежности и позволяют измерять и контролировать сопротивление изоляции в различных силовых сетях постоянного тока, изолированных от земли (корпуса), в том числе и сетей постоянного тока напряжением как до 1000 В, так и высоковольтных напряжением выше 1000 В, что согласуется с новыми требованиями Регистра РФ в редакции 2010 г. п.2.11.3 часть XI «Электрическое оборудование».
ш
Предложенное устройство измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли электрических сетей постоянного тока под рабочим напряжением содержит генератор импульсов (ГИ) 1 с переключающимся ключом (К1) 2 на выходе, блок питания (БП) 3, блоки сигнализации (БС) 4 и индикации (БИ) 5, резистивный шунт (R) 6; в устройство введены формирователь импульсов (ФИ) 7 с ключами (К2) 8 и (К3) 9, первый 10 и второй 11 блоки выборки и хранения аналогового сигнала (БВХАС), дифференциальный усилитель (ДУ) 12, электронный делитель напряжения (ЭДН) 13 с умножителем напряжения (УН) 14 на выходе, причем первый БВХАС 10 своим входом подключен к одному полюсу 15 контролируемой сети 16 через последовательное соединение ключа (К2) 8 и ключа (К1) 2, а второй БВХАС 11 подключен к тому же полюсу 15 контролируемой сети 16 через последовательное соединение ключа (К1) 2 и ключа (К3) 9, а выходы первого (10) и второго (11) блоков БВХАС соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя (ДУ) 12, а выход ЭДН (13) соединен с входом умножителя напряжения (14), к выходу УН (14) подключены блоки сигнализации (4) и индикации (5), а все блоки устройства запитаны от блока питания 3. Устройство другим выходом 17 заземлено.
Работа способа и устройства измерения и контроля эквивалентного сопротивления изоляции изолированных от земли силовых электрических сетей постоянного тока под рабочим напряжением происходит следующим образом.
1
2
ш
1
2
1
2
2
ш
Устройство одним выводом через переключающуюся группу контактов 2 ключа К1 подключается к полюсу 15 контролируемой сети 16, а другим выводом устройство подключено к земле 17. Напряжение U полюса (15) относительно земли подключено к блоку БВХАС 1 (10), где оно запоминается, и подается на первый вход дифференциального усилителя (12), после чего срабатывает формирователь импульсов (7) и с помощью ключа К1 (2) и ключа К3 (9) подается на вход второго блока БФХАС (11), в котором запоминается напряжение U полюса (15) контролируемой сети (16) после шунтирования полюса (15) шунтом R (6) и окончания переходного процесса, связанного с шунтированием. В дифференциальном усилителе из напряжения U вычитается напряжение U, a разность напряжений подается на электронный делитель напряжения (13), в котором происходит деление разности (U-U) на величину напряжения U, а после умножения частного от деления на величину R в умножителе УН получается величина напряжения на выходе умножителя (14), пропорциональная сопротивлению изоляции контролируемой электрической сети (16) постоянного тока, которая подается на вход блока сигнализации (4) и на вход блока индикации (5).