УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для защиты электрических установок постоянного тока с изолированными от земли проводами от аварийных режимов.
Известно устройство для контроля изоляции электрических установок токами непромышленной частоты, основанные на наложении токов повышенной частоты на токи контролируемой сети [1]. Устройство содержит генератор сети, блок присоединения, генератор высокой частоты и измерительное устройство. Блок присоединения имеет два разделительных конденсатора, соединенных параллельно. Генератор сети постоянного тока посредством блока присоединения подключен к нагрузке, имеющей значительную емкость. Генератор высокой частоты одним своим выходом подсоединен через разделительные конденсаторы находящиеся в блоке присоединения к проводам нагрузки, другим - через измерительное устройство к земле.
Устройство работает следующим образом. На разделительные конденсаторы блока присоединения поступает ток от генератора сети и ток от генератора высокой частоты. В блоке присоединения токи накладываются и подаются на землю. При этом большая часть тока проходит по емкостному сопротивлению нагрузки на землю. После нагрузки результирующий ток поступает на измерительное устройство.
В нормальном режиме работы сопротивление изоляции нагрузки имеет значение в пределах установленных норм. При этом измерительное устройство показывает величину тока утечки в пределах установленных норм. В аварийном режиме работы сопротивление изоляции нагрузки уменьшается и измерительное устройство показывает величину тока утечки превышающую установленные нормы, что соответствует аварийному состоянию контролируемой сети.
Недостатком этого решения является низкая достоверность измерения величины тока утечки, обусловленная значительным влиянием емкостного сопротивления нагрузки. При этом измеренные показания искажены на величину тока утечки, и чем больше ток утечки, тем больше погрешность измерения, влияющая на точность. Погрешность измеряемого тока составляет от 5-10 мА.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изоляции электрических установок на постоянном токе [2]., основанное на использовании способа получения сигнала, его фильтрации и детектирования от измеряемого тока утечки в контролируемой сети нагрузки. При этом ток утечки получается путем наложения на контролируемую сеть тока от генератора непромышленной частоты.
Устройство содержит генератор сети, блок присоединения к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты, измерительный блок.
Блок присоединения к нагрузке, содержит: два разделительных конденсатора, которые своими входами подсоединены к генератору сети, а своими объединенными выходами подсоединены к входу генератора тока непромышленной частоты.
Генератор сети через блок присоединения подсоединен к нагрузке, выход которой подсоединен к земле.
Генератора тока непромышленной частоты своим выходом подключен к земле.
Измерительный блок включает датчик тока, являющий входом измерительного блока, два коммутатора, фильтр, детектор, блок обработки информации, импеданс, выход которого является выходом блока.
Первичная обмотка датчика тока охватывает провода нагрузки, а вторичная обмотка своим выходом подсоединена к входу первого коммутатора, один из выходов контролируемой сети подсоединен к входу второго коммутатора. Первый выход первого коммутатора соединен с
входом фильтра, выход которого подключен к первому входу детектора, на второй вход которого поступает ток от генератора непромышленной частоты. Второй выход первого коммутатора подсоединен к второму входу блока обработки информации.
Выход детектора подключен к первому входу блока обработки информации.
Третий вход схемы обработки информации соединен с первым выходом второго коммутатора, второй выход которого подсоединен к входу импеданса, представляющий резистивноемкостное сопротивление сопротивление, выход которого соединен с землей.
Устройство работает следующим образом.
Ток генератора непромышленной сети, текущий на землю по проводникам нагрузки контролируется датчиком тока. Ток поступает на блок обработки информации параллельно через первый коммутатор и фильтр детектора. В свою очередь ток от генератора непромышленной частоты, также поступает на блок обработки информации. Ток от проводников контролируемой сети также поступает на блок обработки информации через второй коммутатор, соединенный с импедансом. Результирующий ток от блока обработки информации поступает на блок индикации.
Ток генератора непромышленной частоты, текущий на землю по проводникам нагрузки контролируется датчиком тока, находящимся в измерительном блоке.
В первом случае измерение тока утечки производится без подключения импеданса. Во втором случае измерение тока утечки в контролируемой сети нагрузки производится с импедансем с помощью второго коммутатора.
В результате проведения попеременно двух измерений с импедансем и без него получается вычисленное значение сопротивления изоляции сети от известных величин импеданса. При этом погрешность измерения имеет
место за счет значительного количества элементов в измерительном блоке, имеющих свои погрешности..
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции нагрузки в пределах установленных норм, схема индикации в измерительном блоке показывает величину результирующего тока нагрузки, соответствующую установленным нормам.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше установленных норм, на схему индикации поступает информация о величине сопротивления изоляции нагрузки, превышающей технические требования.
Известное решение позволяет производить измерение сопротивления изоляции нагрузки с определенной степенью точности, за счет введения в измерительную цепь импеданса.
Однако обладает недостаточно высокой точностью, это обусловлено тем, что за счет влияния емкостного сопротивления нагрузки и погрешности значительного количества элементов, находящихся в измерительном блоке, погрешность измерения тока утечки составляет 2 -5 мА.
Цель полезной модели заключается в создании устройства электротехнических систем, имеющего высокую точность измерения за счет уменьшения влияния емкостного сопротивления нагрузки на измеряемые показания тока утечки, уменьшения количества элементов в измерительном блоке и повышения электробезопасности.
Для решения поставленной задачи в известном устройстве для контроля изоляции электрических систем, содержащем генератор сети, блок присоединения, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты и измерительный блок, при этом генератор сети подключен параллельно через блок присоединения к нагрузке, блок присоединения дополнительно снабжен дифференциальным автоматом, параллельно подключенным к
генератору сети, а также дополнительно установлены блок вентильной защиты, вход которого соединен с третьим и четвертым выходом блока присоединения, а выход - с нагрузкой, заградительный блок на основе колебательного контура, вход которого подключен к пятому выходу блока присоединения, выпрямитель, первый вход которого подключен к выходу заградительного блока, а второй вход - к входу генератора непромышленной частоты, исполнительный элемент, включающий катушку отключения дифференциального автомата, соединенный с первым и вторым выходами блока присоединения, а измерительный блок, выполнен в виде реле шунтированного конденсатором, и подключен своими входами к выходам выпрямителя.
Благодаря отличительным признакам повышается точность измерения тока и электробезопасность. Это обусловлено уменьшению емкостного сопротивления тока нагрузки благодаря заградительному блоку. При этом емкостное сопротивление тока утечки благодаря блоку вентильной защиты мало влияет на сопротивление нагрузки, что приводит к повышению точности измерения тока утечки.
На фиг. представлена схема устройства для контроля изоляции электротехнических систем.
Устройство для контроля изоляции электротехнических систем содержит генератор сети I, блок присоединения 2, нагрузку 4, блок вентильной защиты 3, генератор тока непромышленной частоты 5, выпрямитель 6, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок 7, измерительный блок 8, исполнительный элемент 9.
Блок присоединения 2 присоединенный к блоку вентильной защиты 3 и нагрузке 4 содержит дифференциальный автомат 10 последовательно соединенный с разделительными конденсаторами 11. Входы дифференциального автомата 10 являются входами блока присоединения 2. Два выхода дифференциального автомата 10 являются двумя выходами
блока присоединения 2, первый и второй выходы дифференциального автомата 10 являются третьим и четвертым выходом блока присоединения 2, а выход разделительных конденсаторов II - его пятым выходом.
Измерительный блок 8 представляет собой реле 12, шунтированное конденсатором 13. Вход реле 12 является входом измерительного блока 8, а выход - реле 12 - его выходом.
Исполнительный элемент 9 представляет собой катушку отключения 14 дифференциального автомата 10 с замыкающим контактом 15. Вход катушки 14 является входом исполнительного элемента 9, а выход контакта 15 - его выходом.
Заградительный блок 7 представляет собой колебательный контур 16. Вход и выход колебательного контура 16 является входом и выходом заградительного блока
Два выхода генератора сети I подключены к входам блока присоединения 2, первый и второй выходы которого подсоединены к входам вентильной защиты 3, выходы которого соединены с нагрузкой 4, Третий, четвертый и пятый выходы блока присоединения 2 присоединены к входам исполнительного элемента 9 и заградительного блока 7.
Один выход генератора тока непромышленной частоты соединен с первым входом выпрямителя 6, а второй выход с землей.
В качестве генератора сети I выбран генератор ПН-140, блок вентильной защиты 3 оборудован силовыми диодами ВК-200, генератор тока непромышленной частоты 5 - АД-20М, выпрямитель 6 -выпрямителями Д226Д. В блоке присоединения использован дифференциальный автомат ПМВ и конденсатор типа КБГ-МП 600В. В заградительном блоке 7 использован дроссель Др-600 и конденсатор КБГ-400В. В качестве исполнительного элемента 9 использована катушка пускателя ПМВ. В измерительном блоке 8 использовано реле РКП и миллиамперметр М2001-24.
Устройство работает следующим образом.
Ток генератора сети I поступает на дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2 и далее на блок вентильной защиты 3 и на нагрузку 4. Одновременно ток генератора непромышленной частоты 5 поступает на нагрузку 4 через выпрямитель 6, заградительный блок 7, разделительный конденсатор 11 блока присоединения 2, блок вентильной защиты 3 и далее на землю, который является основным путем. В блоке присоединения 2 токи от генератора сети I и непромышленной частоты 5 накладываются и результирующий ток утечки, который управляет контактом 15, поступает на реле 12 измерительного блока-8. Кроме того, ток от генератора сети I поступает через дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2 на отключающую катушку 14 исполнительного элемента 8.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки 4 имеет допустимое значение, а величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта 15 реле 12 измерительного блока Р.При этом контакт 15 исполнительного элемента 9 находится в отключенном состоянии. Токи от генераторов сети и непромышленной частоты 1,5 продолжают поступать на нагрузку 4. Измерительный блок 8 показывает величину утечки результирующего тока нагрузки 4 соответствующей техническим нормам.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки 4 ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше допустимых значений и включает контакт 15 реле 12 измерительного блока 8, который показывает величину утечки результирующего тока нагрузки 4 контролируемой сети," превышающую технические нормы.
При этом включается контакт 15 реле 12 и на отключающую катушку 14 исполнительного элемента 9 поступает ток, который отключает ток генератора сети 1 через дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2. от нагрузки 4. При этом блок вентильной защиты 3
отключает нагрузку 4 от контролируемой сети. Ток от генератора непромышленной частоты 5 продолжает поступать на контролируемую сеть по второму пути при этом емкостное сопротивление нагрузки 4 отсутствует.
Использование полезной модели показывает, что погрешность измерения снижается до 0,5-1 мА, что свидетельствует о повышении точности измерении по сравнению с прототипом в 4 раза.
Источники информации принятые во внимание
1. Цапенко Е.Ф. контроль изоляции в сетях до 1000 В/Е.Ф.Цапенко. М.; Энергия. 1972. - 137 с.
2. Патент №2275645, МПК G01R 27/08, (G01R 27/08 31/02. Спосо, измерения сопротивления изоляции присоединений в разветвленных сетях постоянного и переменного тока и устройство для его осуществления. /Кислов Е.А. и др. - .№2004117696/23. Заявл. 10.06.2004. Опубл.20.11.2005. Бюл. №35.