УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И БОРТОВОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ОБОРУДОВАННОЕ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ
GROUNDING RESISTANCE MEASUREMENT DEVICE AND ONBOARD CHARGING DEVICE FOR VEHICLE EQUIPPED WITH SUCH DEVICE

Изобретение относится к устройствам измерения сопротивления заземления и, в частности, к устройствам измерения сопротивления заземления, встроенным в бортовое устройство зарядки батареи, установленное на транспортном средстве.
Ток, используемый для зарядки батареи, предназначенной для обеспечения движения электрического транспортного средства, имеет исключительно высокие значения силы тока.
Поэтому из соображений безопасности перед началом зарядки батареи необходимо проверить, чтобы заземление зарядного устройства было достаточно надежным, чтобы в случае утечки тока защищать лица, соприкасающиеся с транспортным средством.
Существуют устройства измерения сопротивления заземления. Как правило, они содержат первую электрическую ветвь, оснащенную генератором тока и амперметром, которую подсоединяют к фазе электрической сети. Кроме того, они содержат оборудованному вольтметром вторую электрическую ветвь, на которой находятся конденсатор и резистор и которую подсоединяют к проводу нейтрали электрической сети.
Измерение сопротивления заземления необходимо производить без подключенного к сети электрического прибора, если не считать самого устройства измерения сопротивления заземления. Если к сети подключен другой прибор, он может создавать возмущающие контуры тока, которые могут изменить результат измерения.
Изобретение предлагает устройство измерения сопротивления заземления, которое позволяет сохранять высокую точность измерения и имеет при этом низкую чувствительность к возмущающим токам, создаваемым возможными приборами, подключенными к используемой сети питания.
В связи с этим объектом изобретения является устройство измерения сопротивления заземления установки, содержащее:
- источник тока и амперметр, расположенные на первой ветви, выполненной с возможностью соединения фазы сети питания с массой установки,
- вторую ветвь, выполненную с возможностью соединения провода нейтрали сети питания с массой установки, содержащую резистор, к клеммам которого подсоединен вольтметр, и содержащую первый конденсатор, последовательно соединенный с резистором.
Устройство содержит третью ветвь, выполненную с возможностью соединения провода нейтрали сети с массой установки, и параллельно с первым конденсатором и с первым резистором содержит второй конденсатор со значением емкости, превышающим емкость первого конденсатора.
Последовательно с резистором и с первым конденсатором и параллельно со вторым конденсатором можно установить катушку индуктивности.
Предпочтительно второй конденсатор имеет емкость, по меньшей мере в пять раз превышающую емкость первого конденсатора и предпочтительно по меньшей мере в десять раз превышающую емкость первого конденсатора.
Второй конденсатор может иметь емкость, составляющую от 10 до 100 нФ (нанофарад) и предпочтительно составляющую от 20 до 30 нФ.
Катушка индуктивности может иметь значение индуктивности от 1 до 10 мГн (миллигенри).
Объектом изобретения является также зарядное устройство для зарядки батареи автотранспортного средства, содержащее вышеуказанное устройство измерения сопротивления заземления.
Зарядное устройство может содержать реле, выполненное с возможностью поочередного соединения второй ветви с первой соединительной клеммой питания зарядного устройства и со второй соединительной клеммой питания зарядного устройства, отдельной от первой клеммы. Зарядное устройство может также содержать второй вольтметр (15), подключенный между клеммой заземления и второй клеммой таким образом, чтобы его можно было отключать при помощи реле, и может содержать третий вольтметр, подключенный между клеммой заземления и первой клеммой таким образом, чтобы его можно было отключать при помощи реле.
Согласно предпочтительному варианту выполнения первую ветвь и вторую ветвь можно соединять соответственно с первой входной клеммой устройства и со второй входной клеммой устройства или, наоборот, соединять соответственно со второй и с первой клеммами при помощи одного и того же механического выключателя, содержащего раздвоенные соединения либо со стороны соединительных клемм, либо на концах первой и второй электрических ветвей и содержащего два переключателя, выполненных, каждый, с возможностью переключения одновременно, один от первого на второй и другой от второго на первый из раздвоенных концов.
Зарядное устройство может содержать электронный блок управления, выполненный с возможностью, во время подключения клемм к сети питания, переключения реле таким образом, чтобы соединять вторую ветвь с той из клемм, для которой напряжение на клеммах второго конденсатора является самым низким.
Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью блокировки зарядки батареи при попытке подключения к сети питания, если напряжение, измеренное на клеммах резистора, остается выше порогового напряжения после приведения в действие реле.
Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью блокировки зарядки батареи, если сопротивление заземления, вычисленное на основании показаний амперметра и первого вольтметра, превышает или равно пороговому сопротивлению.
Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве неограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схема известного устройства измерения сопротивления заземления;
фиг. 2 - схема заявленного устройства измерения сопротивления заземления;
фиг. 3 - схема другого заявленного устройства измерения сопротивления заземления.
Как показано на фиг. 1, бортовое зарядное устройство 1 для зарядки батареи, установленное на транспортном средстве, содержит устройство 2 измерения сопротивления заземления. Зарядное устройство 1 содержит первую соединительную клемму 6 и вторую соединительную клемму 7, первая из которых геометрически выполнена с возможностью подключения в разъем тока, соединенный с проводом фазы 5 электрической сети 3, а вторая - с возможностью подключения в разъем, соединенный с проводом нейтрали 4 этой же электрической сети.
В данном случае электрическая сеть схематично показана в виде источника 3 напряжения.
Зарядное устройство 1 также содержит клемму 32 заземления, выполненную с возможностью находиться в электрическом контакте с проводом заземления 19 электрической сети.
Устройство 2 измерения содержит первую электрическую ветвь 21, соединяющую первую клемму 6 и клемму 32 заземления. На этой ветви 21 расположены генератор 8 тока, последовательно соединенный с амперметром 9 и с диодом 29, выполненным с возможностью пропускания электрического тока из сети только в том же направлении, что и ток, выдаваемый генератором 8 тока.
Кроме того, устройство 2 измерения сопротивления заземления содержит вторую электрическую ветвь 22, соединяющую вторую соединительную клемму 7 с клеммой 32 заземления. На этой второй ветви расположены последовательно соединенные первый конденсатор 10 и резистор 13, к клеммам которого подключен первый вольтметр 14. С вольтметром 14 и с амперметром 9 соединен электронный блок 16 управления для сбора значений, измеряемых вольтметром и амперметром. Электронный блок 16 управления соединен также с генератором 8 тока и управляет подачей тока в первую ветвь 21 измерительного устройства 2.
Подача тока генератором 8 во вторую ветвь приводит к возвращению тока от заземления 32 в направлении провода нейтрали 4 электрической сети 3, а также к появлению параллельного контура тока, проходящего через резистор 13.
Электрическое сопротивление резистора 24 можно измерить как величину, противодействующую прохождению тока между заземлением 19 и проводом нейтрали 4 сети. Это сопротивление резистора 24 соответствует сопротивлению заземления, которое необходимо измерить при помощи устройства 2.
T
Известные процедуры измерения позволяют электронному блоку 16 управления вычислять значение сопротивления резистора 24 заземления на основании значений, выдаваемых амперметром 9 и вольтметром 14. Например, в первом приближении можно считать, что резистор 24 заземления имеет сопротивление R, при этом:
T
T
R=V/A, где V является напряжением, измеренным первым вольтметром 14, и А является силой тока, одновременно измеренной амперметром 9, в частности, если определенное таким образом значение R по существу меньше значения сопротивления резистора 13.
Однако, если производят измерение, когда к этой же электрической сети 3 подключен возмущающий электрический прибор 12, этот возмущающий прибор 12 может направить паразитный ток в направлении заземления 19 и создать контур 25 паразитного тока, показанный на фиг. 1 утолщенной линией и стрелкой, указывающей на направление прохождения тока. Этот контур 25 паразитного тока проходит через резистор 13 и изменяет результаты измерения сопротивления заземления, получаемые электронным блоком 16 управления.
На фиг. 2 показано зарядное устройство 1, оборудованное устройством 26 измерения сопротивления в соответствии с изобретением.
На фиг. 2 показаны элементы, общие с устройством 2 измерения сопротивления заземления, показанным на фиг. 1, при этом одни и те же элементы обозначены одинаковыми позициями.
Устройство 26 измерения содержит третью ветвь 23, соединяющую вторую клемму 7 и клемму 32 заземления.
На этой ветви расположен конденсатор 20 со значением емкости, превышающим емкость конденсатора 10. Между клеммой 32 заземления и первой соединительной клеммой 6 зарядного устройства можно подключить второй вольтметр 15. Третий вольтметр 30 можно подключить между клеммой 32 заземления и второй соединительной клеммой 7 зарядного устройства.
Вторая ветвь 22 может быть идентичной со второй ветвью устройства 2, показанного на фиг. 1, или может содержать катушку 11 индуктивности, последовательно соединенную с первым конденсатором 10.
Значение емкости конденсатора 20 выбирают таким образом, чтобы оно по существу превышало, например, в десять раз емкость конденсатора 10 второй ветви. Таким образом, паразитные токи, создаваемые возмущающим прибором 12, которые, как правило, имеют более высокую частоту, чем частоты, используемые для измерения сопротивления заземления, и которые обычно имеют более высокую частоту, чем частота электрической сети, «встречают» меньшее сопротивление на уровне конденсатора 20, чем сопротивление, которое имеет вторая ветвь. Эта разность сопротивления заставляет отклоняться контур 25 паразитного тока в направлении третьей ветви и не позволяет паразитным токам возмущать токи измерения, проходящие через вторую ветвь устройства 26.
Возмущающие токи, создаваемые бытовыми приборами, могут иметь частоту порядка килогерца, тогда как частота электрической сети равна 50 Гц. Катушка 11 индуктивности позволяет увеличить сопротивление, «встречаемое» паразитными токами во второй ветви 22 устройства 26.
Для таких частот токов предпочтительно можно выбрать конденсатор с емкостью от 10 до 100 нФ (нанофарад), а предпочтительно от 20 до 300 нФ. Индуктивность катушки может составлять от 1 до 10 мГн (миллигенри). Она может быть нулевой в варианте выполнения без дополнительной катушки индуктивности.
В целом процедура измерения сопротивления заземления электронным блоком 16 управления остается без изменения.
Кроме того, устройство 26 измерения сопротивления заземления может содержать систему реле на уровне соединительных клемм 6 и 7, чтобы иметь возможность убедиться, что первая ветвь действительно соединена с проводом фазы 5 сети и что вторая ветвь 22 соединена с проводом нейтрали 4 сети.
Первое реле 17 может быть, например, выполнено с возможностью перевода соединения второй ветви 22 поочередно на первую физическую клемму 6 и на вторую физическую клемму 7.
Второе реле 18 может быть выполнено с возможностью перевода соединения первой ветви 21 поочередно на первую физическую клемму 6 и на вторую физическую клемму 7.
Измерения, осуществляемые вольтметрами 15 и 30, позволяют проверять место нахождения нейтрали 4, затем подключить после этих измерений вторую ветвь 22 и третью ветвь 23 к нейтрали 4 и соединить первую ветвь 21 с фазой 5.
Таким образом, обеспечивают соединение второй ветви 22 с проводом нейтрали 4 сети 3. При этом электронный блок 16 управления может переключать второе реле 18 из положения, в котором оно не имеет контакта ни с клеммой 7, ни с клеммой 6, чтобы установить его контакт с клеммой, оставленной свободной первым реле 17.
На фиг. 3 показана версия выполнения зарядного устройства, показанного на фиг. 2. В этой версии выполнения соединения первой и второй ветвей происходят при помощи двойного выключателя, содержащего первый переключатель 27 и второй переключатель 28, одновременно приводимые в действие электронным блоком 16 управления. Клемма 6 и клемма 7 зарядного устройства 1 выполнены, каждая, раздвоенными соответственно на две контактные точки 6а, 6b клеммы 6 и на две контактные точки 7а, 7b клеммы 7. Контактные точки 6а, 6b находятся, например, снаружи контактных точек 7а, 7b. Первый переключатель 27, соединенный с первой ветвью 21, выполнен с возможностью перевода контакта 6а к контакту 7а, и второй переключатель выполнен с возможностью одновременного перевода контакта 7b к контакту 6b.
Когда первый переключатель 27 соприкасается с контактом 6а, второй переключатель 28 соприкасается с контактом 7b. При этом клемма 6 соединена с фазой сети, как показано на фиг. 1, и клемма 7 соединена с проводом нейтрали 4 сети.
Когда клемму 6 опять переключают на провод нейтрали сети, а клемму 7 на фазу сети (эта конфигурация на фигурах не показана), электронный блок 16 управления переключает переключатель 27 таким образом, чтобы он вошел к контакт с контактом 7а. Одновременно переключатель 28 входит в контакт с контактом 6b, например, за счет механической связи между обоими переключателями. Таким образом, первая ветвь 21 опять оказывается соединенной с фазой 5, а вторая ветвь 22 с нейтралью 4.
Согласно варианту выполнения соединения можно выполнить раздвоенными на уровне соединительных клемм 6 и 7. Аналогично варианту выполнения, показанному на фиг. 2, два вольтметра 15 и 30, установленные перед переключателями, позволяют электронному блоку 16 управления соединять первую ветвь 21 с фазой 5 сети и соединять вторую ветвь 22 с нейтралью 4 сети.
Электронный блок 16 управления может быть выполнен с возможностью блокировки использования зарядного устройства, если после попытки правильного соединения первой и второй ветвей соответственно с фазой и с нейтралью сети, напряжение, измеренное вольтметром 14, остается выше заранее определенного порога. Это ненормальное напряжение может быть, например, связано с отказом системы переключателей 17-18 или 27-28, которая остается заблокированной в конфигурации, обратной относительно геометрической конфигурации электрического разъема, используемого для подключения зарядного устройства 14 к сети 3.
Электронный блок 16 управления может быть также выполнен с возможностью блокировки использования зарядного устройства, если сопротивление заземления превышает определенный порог, например, превышает сто Ом, или по умолчанию при сопротивлении заземления свыше 200 Ом.
Заявленное устройство измерения сопротивления заземления позволяет одновременно повысить безопасность за счет надежного отслеживания значения сопротивления заземления установки, а также контролировать правильное подключение устройства, чтобы, в случае если провода фазы и нейтрали установки перепутаны, избежать подключения провода фазы напрямую к третьей ветви устройства, что могло бы привести к поступлению тока с нежелательными значениями силы тока на массу транспортного средства.
Изобретение не ограничивается описанными примерами выполнения и может охватывать многочисленные версии.
Устройство 26 измерения сопротивления заземления может не иметь соединений с изменяющейся геометрией, позволяющий переключать фазу и нейтраль.
Устройство может быть выполнено с возможностью подключения к однофазной, двухфазной или трехфазной сети при условии, что установка содержит по меньшей мере один провод фазы, провод нейтрали и провод, соответствующий заземлению.
При этом подключение устройства можно осуществлять между одним из проводов фазы и проводом нейтрали.
Устройство может не иметь катушки 11 индуктивности или может не содержать ни второго вольтметра 15, ни третьего вольтметра 30. Значения, выбираемые для первого и для второго конденсаторов, можно изменять в зависимости от частотных диапазонов тока сети и от частотных диапазонов тока возмущающих приборов, которые могут быть подключены к этой сети. Частоты выдаваемого тока, используемые на уровне генератора 8 тока, можно адаптировать таким образом, чтобы отдалить их от ожидаемых частот токов, исходящих от возмущающих приборов 12. Если же, наоборот, возможный возмущающий прибор 12 работает в области частот, меньших частот, используемых на уровне генератора 8 тока, конденсатор 20 на уровне третьей ветви можно заменить более слабой катушкой индуктивности, например, со значением индуктивности от 1 до 10 мГн.
Кроме уже упомянутых компонентов в устройстве можно предусмотреть другие дополнительное резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.