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 систем (Патент 116710 РФ, МПК H02H 3/17 (2006.01). Устройство для контроля изоляции электрических систем / А.А. Балюк, И.Я. Борзеев, В.Д. Катин; ДВГУПС (РФ). - №2012100377; Заявлено 10.01.12; Опубл. 27.05.2012, Бюл. №15).
Устройство содержит генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе, повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке. При этом генератор сети своими двумя выходами подсоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого присоединены к входу блока вентильной защиты, выходы которого подсоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент, с установленными в нем симистором реле и лампой накаливания своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен, к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, первичная обмотка повышающего трансформатора своими входами подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока.
Блок присоединения, присоединенный к блоку вентильной защиты и нагрузке, содержит дифференциальный автомат, два разделительных конденсатора и датчик тока. Дифференциальный автомат соединен с одним из разделительных конденсаторов последовательно, а с другим - параллельно, входы дифференциального автомата являются двумя выходами блока присоединения, первый и второй выходы дифференциального автомата являются третьим и четвертым выходами блока присоединения, а выход разделительного конденсатора - его пятым выходом, шестым выходом блока присоединения является выход датчика тока, вход которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов.
Заградительный блок представляет собой колебательный контур в виде повышающего трансформатора, вход и выход его являются входом и выходом заградительного блока.
Измерительный блок представляет собой реле шунтированное конденсатором, вход реле является входом измерительного блока, а выход реле - его выходом.
Исполнительный элемент представляет собой катушку отключения дифференциального автомата, симистор, выход которого соединен с входом реле, выход которою соединен с землей, сигнальную лампу, вход которой параллельно с входом симистора подсоединен к выходу датчика тока, а, выход соединен с землей. Вход катушки является входом исполнительного элемента, выход объединенных контактов - его одним выходом, другим выходом является вход симистора и сигнальной лампы объединенных между собой. Другим выходом блока исполнительного элемента является объединенный выход реле и сигнальной лампы соединенных с землей.
Два выхода генератора сети подключены к входам блока присоединения, первый и второй выходы которого подсоединены к входам блока вентильной защиты, выходы которого соединений с нагрузкой, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока присоединения присоединений к входам исполнительного элемента и заградительного блока.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и затем на блок вентильной защиты и нагрузку. Одновременно ток генератора непромышленной частоты поступает на нагрузку через выпрямитель, повышающий трансформатор заградительного блока, разделительные конденсаторы блока присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку и далее на землю, который является основным путем. В блоке присоединения токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты накладываются результирующий ток утечки, который управляет контактами поступает, на реле измерительного блока. Кроме того, ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и на отключающую катушку исполнительного элемента. В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока.
При этом контакты исполнительного элемента находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты продолжают поступать на нагрузку, измерительный блок показывает величину тока утечки результирующего тока нагрузки: соответствующей техническим нормам. Датчик тока в блоке присоединения, симистор в исполнительном элементе закрыты, сигнальная лампа в исполнительном элемент не горит.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм результирующий ток утечки значительно увеличивается за счет увеличения мощности подаваемого сигнала со вторичной обмотки повышающего трансформатора в заградительном блоке, величина его получается выше установленных норм (допустимого значения) и включает контакт реле измерительного блока, который показывает величину утечки результирующего тока нагрузки контролируемой сети, превышающую технические нормы. При включении контакта реле на отключающую катушку исполнительного элемента поступает ток, который отключает ток генератора сети через дифференциальный автомат блока присоединения, блок вентильной защиты отключает нагрузку от контролируемой сети. Ток от генератора непромышленной частоты, продолжает поступать на контролируемую сеть по второму пути, что дает некоторое время для поиска, и устранения неисправностей в электрооборудовании технологического процесса, при этом повышается точность измерения, и помехоустойчивость, за счет разделения измерительных цепей сердечником повышающего трансформатора заградительного блока
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть в дальней точке нагрузки от генератора сети датчик тока в блоке присоединения открывается и ток от генератора непромышленной частоты поступает на вход симистора и сигнальную лампу, при этом симистор открывается, ток поступает на реле контакт замыкается и включает катушку отключения дифференциального автомата и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю. Затем включается контакт реле, который также задействован в поступлении тока на отключающую катушку дифференциального автомата.
При этом сигнальная лампа горит и продолжает гореть после, отключения генератора сети от нагрузки, что указывает на процесс распознавания вида повреждения. Чувствительность срабатывания устройства значительно повышается за счет включения в эту работу повышающего трансформатора в заградительном блоке, со вторичной обмотки которого поступает сигнал большой мощности, которая двумя выходами подсоединена к входу измерительного блока из-за снижения сопротивления изоляции в контролируемой сети нагрузки в точке повреждения в наиболее удаленно от места источника тока, генератора сети.
При этом представляется возможным отыскать место повреждения в контролируемой сети при ее отключении от генератора сети, так как ток от генератора непромышленной частоты поступает независимо от состояния контролируемой сети на симистор, реле и сигнальную лампу, которые за все время, поиска будут находиться во включенном состоянии. Место повреждения находят по месту расположения датчика тока в контролируемой сети.
Недостатком устройства является то, что оно не позволяет определить время начала аварии и распознать уровень величины сопротивления изоляции. Кроме того оно не позволяет отыскать поврежденный провод в контролируемой сети, что приводит к снижению точности измерения величины сопротивления изоляции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изоляции электрических систем (Патент 128797 РФ, МПК H02H 3/17 (2006.01). Устройство для контроля изоляции электрических систем / А.А. Балюк, И.Я. Борзеев, М.Х. Ахтямов; ДВГУПС (РФ). - №2012152107; Заявлено 04.12.12; Опубл. 27.05.2013, Бюл. №15).
Устройство для контроля изоляции электрических систем содержит генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, аналого-цифровой преобразователь, расположенный в измерительном блоке, исполнительный элемент, повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке. Блок присоединения содержит дифференциальный автомат, два разделительные конденсатора и датчик тока. Блок присоединения соединен с блоком вентильной защиты и нагрузкой, дифференциальный автомат соединен с одним из разделительных конденсаторов последовательно, а с другим- параллельно. Выходы дифференциального автомата являются двумя выходами блока присоединения, первый и второй выходы дифференциального автомата являются третьим и четвертым выходами блока присоединения, а выход одного из разделительных конденсаторов - его пятым выходом, шестым выходом блока присоединения является выход датчика тока, вход которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов.
Заградительный блок содержит повышающий трансформатор, вход и выход которого являются входом и выходом заградительного блока.
Измерительный блок содержит реле, конденсатор и аналого-цифровой преобразователь. Вход реле и конденсатора и параллельно к ним присоединенный вход аналого-цифрового преобразователя является входом измерительного блока, а выход реле и конденсатора и параллельно к ним присоединенный выход аналого-цифрового преобразователя является выходом измерительного блока.
Исполнительный элемент содержит катушку отключения дифференциального автомата, симистр, реле, лампу сигнализации и объединенные контакты. При этом выход симистра соединен с входом, реле, выход которого соединен с землей, вход сигнальной лампы параллельно с входом симистора подсоединен к выходу датчика тока, а выход соединен с землей. Вход катушки является входом исполнительного элемента, выход объединенных контактов - его одним выходом, вторым выходом является вход симистора и сигнальной лампы, объединенных между собой. Другим выходом блока исполнительного элемента является объединенный выход реле и сигнальной лампы соединенных с землей. Два выхода генератора сети подключены к входам блока присоединения, первый и второй выходы которого подсоединены к входам блока вентильной защиты, выходы которого соединений с нагрузкой, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока присоединения Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и затем на блок вентильной защиты и нагрузку. Одновременно ток генератора непромышленной частоты поступает на нагрузку через выпрямитель, повышающий трансформатор заградительного блока, разделительные конденсаторы блока присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку и далее на землю, который является основным путем прохождения тока. В блоке присоединения токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет объединенными контактами, поступает, на реле и аналого-цифровой преобразователь измерительного блока. Кроме того, ток от генератора сети поступает на дифференциальный автомат блока присоединения и на отключающую катушку исполнительного элемента.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока, аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала по позиции «1» как показано на фиг.2.
При этом контакты исполнительного элемента находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты продолжают поступать на нагрузку. Датчик тока в блоке присоединения, симистор в исполнительном элементе закрыты, сигнальная лампа в исполнительном элемент не горит.
В предаварийном режиме при состоянии изоляции контролируемой сети нагрузки до срабатывания реле в измерительном блоке аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала по позиции 2 как показано на фиг. «2». При этом производится запись времени состояния изоляции контролируемой сети нагрузки. Это дает возможность своевременного отыскания места повреждения. Ток от генератора сети продолжает поступать на нагрузку.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм результирующий ток утечки увеличивается выше установленных норм, реле в измерительном блоке срабатывает и включает контакт в исполнительном элементе.
Измерительный блок показывает величину результирующего тока утечки выше установленных норм, сигнальная лампа в исполнительном элементе горит, показывая аварийный режим, при этом аналого-цифровой преобразователь производит развертку сигнала по позиции «3» «аварийный режим» (фиг. 2)
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть нагрузки датчик тока в блоке присоединения открывается и ток от генератора непромышленной частоты поступает на вход симистора и сигнальную лампу, при этом симистор открывается, ток поступает на реле, контакт в исполнительном элементе замыкется и включет катушку отключения дифференциального автомата и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю. Дифференциальный автомат отключает генератор сети от нагрузки. Аналого-цифровой преобразователь в измерительном блоке производит развертку на график и непрерывную запись времени по позиции «3» «аварийный режим» (фиг. 2)
Таким, образом, устройство для контроля изоляции электрических систем помимо того, что осуществляет контроль изоляции с достаточной точностью является чувствительным и помехозащищенным, но и производит развертку сигнала на график и непрерывную запись времени, что существенным образом сокращает время поиска неисправностей в системе, предотвращает образование, аварийных режимов в электроустановке с фиксацией времени и, и напряжения на графике (фиг. 2).
Недостатком устройства является то, что оно не позволяет определить поврежденный провод в контролируемой сети, что приводит к снижению точности измерения величины сопротивления изоляции.
Задачей полезной модели является создание устройства для контроля изоляции электрических систем, позволявшего повысить точность измерения величины сопротивления изоляции за счет определения поврежденного провода в контролируемой сети нагрузки.
Для решения поставленной задачи в устройство для контроля изоляции электрических систем, содержащем генератор сети, блок присоединения, блок вентильной защиты, нагрузку, генератор тока непромышленной частоты, выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок, измерительный блок, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистр, реле и лампу сигнализации, установленные в исполнительном элементе, повышающий трансформатор, расположенный в заградительном блоке, аналого-цифровой преобразователь, установленный в измерительном блоке, при этом генератор сети своими двумя выходами присоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого присоединены к блоку вентильной защиты, выходы которого присоединены к нагрузке, генератор тока непромышленной частоты своим выходом подсоединен к входу выпрямителя, выходы которого соединены с измерительным блоком, а третий выход через заградительный блок присоединен к блоку присоединения, исполнительный элемент с установленным в нем симистором, реле и лампой сигнализации своими входами подсоединен к третьему и четвертому выходам блока присоединения, а своим выходом соединен с землей, датчик тока своим входом подключен к контролируемой сети через разделительные конденсаторы в блоке присоединения, а своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, выходы которых подсоединены к земле, первичная обмотка повышающего трансформатора своим входом подключена к двум выходам выпрямителя, параллельно с измерительным блоком, а вторичная обмотка своими двумя выходами подключена к входам заградительного блока, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу реле тока измерительного блока, уставлен, в блоке присоединения, дополнительный разделительный конденсатор, выходы которого являются седьмым и восьмым выходами блока присоединения, и автоматический переключатель проводов, расположенный между блоком присоединения и заградительным блоком, при этом вход автоматического переключателя подключен к выходам блока присоединения, а его выход - к входу заградительного блока.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа являются установка в блоке присоединения дополнительного разделительного конденсатора, выходы которого являются седьмым и восьмым выходами блока присоединения, и автоматического переключателя проводов, расположенного между блоком присоединения и заградительным блоком, и подключение его к выходам блока присоединения и входу заградительного блока.
Благодаря отличительным признакам устройство позволяет повысить точность измерения величины сопротивления изоляции контролируемой сети нагрузки. Это обусловлено тем, что в предаварийном режиме автоматический переключатель проводов поочередно подключая к проводам со знаком (+) или со знаком (-), через дополнительный разделительный конденсатор блока присоединения определяют место повреждения провода.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлена схема устройства для контроля изоляции электрических систем, на фиг. 2 - график развертки сигнала, на котором позиция "1" обозначает нормальный режим, позиция "2" - режим неисправности, а позиция "3" - авария.
Устройство для контроля изоляции электрических систем содержит генератор сети 1, блок присоединения 2, блок вентильной защиты 3, нагрузку 4, автоматический переключатель проводов 5, генератор тока непромышленной частоты 6, выпрямитель 7, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок 8, измерительный блок 9, аналого-цифровой преобразователь 10, расположенный в измерительном блоке 9, исполнительный элемент 11, повышающий трансформатор 12, расположенный в заградительном блоке 8.
Блок присоединения 2 содержит дифференциальный автомат 13, разделительные конденсаторы 14, 15, 16, и датчик тока 17. Блок присоединения 2 присоединен к блоку вентильной защиты 3 и нагрузке 4, дифференциальный автомат 13 последовательно соединен с разделительным конденсатором 14 и параллельно с разделительным конденсатором 15, 16.
Выходы дифференциального автомата 13 являются двумя выходами блока присоединения 2, первый и второй выходы дифференциального автомата 13 являются третьим и четвертым выходами блока присоединения 2, а выход разделительного конденсатора 14 - его пятым выходом, шестым выходом блока присоединения 2 является выход датчика тока 17, вход которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов 15, седьмым и восьмым выходами блока присоединения 2 является выход дополнительного разделительного конденсатора 16.
Заградительный блок 8 содержит повышающий трансформатор 12, вход и выход которого являются входом и выходом заградительного блока 8.
Измерительный блок 9 содержит реле 18, конденсатор 19 и аналого-цифровой преобразователь 10. Вход реле 18 и конденсатора 19 и параллельно к ним присоединенный вход аналого-цифрового преобразователя 10 является входом измерительного блока 9, а выход реле 18 и конденсатора 19 и параллельно к ним присоединенный выход аналого-цифрового преобразователя 10 является выходом измерительного блока 9.
Исполнительный элемент 11 содержит катушку отключения 20 дифференциального автомата 13, симистр 21, реле 22, лампу сигнализации 23 и объединенные контакты 24, 25. При этом выход симистра 21 соединен с входом, реле 22, выход которого соединен с землей, вход сигнальной лампы 23 параллельно с входом симистора 21 подсоединен к выходу датчика тока 17, а выход соединен с землей. Вход катушки 20 является входом исполнительного элемента 11, выход объединенных контактов 24, 25 - его одним выходом, вторым выходом является вход симистора 21 и сигнальной лампы 23, объединенных между собой. Другим выходом блока исполнительного элемента 11 является объединенный выход реле 22 и сигнальной лампы 23 соединенных с землей. Два выхода генератора сети 1 подключены к входам блока присоединения 2 первый и второй выходы которого подсоединены к входам блока вентильной защиты 3, выходы которого соединений с нагрузкой 4, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока присоединения 2 присоединены к входам исполнительного элемента 11 и заградительного блока 8.
В качестве генератора сети 1 выбран генератор ПН-140, блок вентильной защиты 3 оборудован силовыми диодами ВК-200, генератор тока непромышленной частоты 6 - АД-20М, выпрямитель 7 оборудован диодами Д226Д. В блоке присоединения 2 использован дифференциальный автомат ПМВ 13 и конденсаторы 14, 15, 16 типа КБГ-МП 600В, датчик тока 17 типа ДПС. В заградительном блоке 8 введем повышающий трансформатор 12 Тр-600 - 2200/3000 и использован конденсатор КБГ-400 В. В измерительном блоке 9 использовано реле 18 РЭС 64А с током срабатывания 1,2-1,3 мА и миллиамперметр М2001-24, которые своими выходами подключены к входам аналого-цифрового преобразователя 10, собранного на микросхеме КР 572 ПВВ и преобразователя уровней 5 N 74 LYCC 3245А. В качестве исполнительного элемента 11 использованы катушка 20 пускателя ПМВ, реле РКН 22, симистор 21, сигнальная лампа ЛС 23.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток от генератора сети 1 поступает на дифференциальный автомат 13 блока присоединения 2 и затем на блок вентильной защиты 3 и нагрузку 4. Одновременно ток генератора непромышленной частоты 6 поступает на нагрузку 4 через выпрямитель 7, повышающий трансформатор 12 заградительного блока 8, автоматический переключатель проводов 5, подключенный к пятому выходу блока присоединения 2 (п. 3) через разделительный конденсатор 14, блок вентильной защиты 3, нагрузку 4 и далее на землю, который является основным путем прохождения тока.
В блоке присоединения 2 токи от генератора сети 1 и генератора непромышленной частоты 6 накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет контактами 24, 25 поступает, на реле 18 и аналого-цифровой преобразователь 10 измерительного блока 9. Кроме того, ток от генератора сети 1 поступает на дифференциальный автомат 13 блока присоединения 2 и на отключающую катушку 20 исполнительного элемента 11.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки 4 имеет допустимое значение, величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта 24 реле 18 измерительного блока 9, аналого-цифровой преобразователь 10 производит развертку сигнала по позиции «1» (фиг. 2).
При этом контакты 24, 25 исполнительного элемента 11 находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети 1 и генератора непромышленной частоты 6 продолжают поступать на нагрузку 4. Датчик тока 17 в блоке присоединения 2, симистор 21 в исполнительном элементе 11 закрыты, сигнальная лампа 23 в исполнительном элемент 11 не горит.
В предаварийном режиме при состоянии изоляции контролируемой сети нагрузки 4 до срабатывания реле 18 в измерительном блоке 9 аналого-цифровой преобразователь 10 производит развертку сигнала по позиции «2» (фиг. 2). При этом производится запись времени состояния изоляции контролируемой сети нагрузки 4. В это время автоматический переключатель проводов 5 в ручном режиме отключают от разделительного конденсатора 14 (пятый выход блока присоединения 2) и переключают его на дополнительный конденсатор 16, выходы которого являются седьмым и восьмым выходами блока присоединения 2. Поочередно переключая автоматический переключатель проводов 5 на позицию п.1 или п.2 определяют наиболее поврежденный провод. Ток от генератора сети 1 продолжает поступать на нагрузку 4.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки 4 ниже установленных норм результирующий ток утечки увеличивается выше установленных норм, реле 18 в измерительном блоке 9 срабатывает и включает контакт 24 в исполнительном элементе 11.
Измерительный блок 9 показывает величину результирующего тока утечки выше установленных норм, сигнальная лампа 23 в исполнительном элементе 11 горит, показывая аварийный режим, при этом аналого-цифровой преобразователь 10 производит развертку сигнала по позиции «3» «аварийный режим» (фиг. 2).
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть нагрузки 4 датчик тока 17 в блоке присоединения 2 открывается и ток от генератора непромышленной частоты 6 поступает на вход симистора 21 и сигнальную лампу 23, при этом симистор 21 открывается, ток поступает на реле 22, контакт 25 в исполнительном элементе 11 замыкается, и включает катушку отключения 20 дифференциального автомата 13 и цепь тока генератора непромышленной частоты 6 замыкается на землю. Дифференциальный автомат 13 отключает генератор сети 1 от нагрузки 4. Аналого-цифровой преобразователь 10 в измерительном блоке 9 производит развертку на график и непрерывную запись времени по позиции «3» «аварийный режим» (фиг. 2)
1
Таким образом, устройство для контроля изоляции электрических систем позволяет осуществлять контроль изоляции с достаточной точностью и производит не только развертку сигнала на график и непрерывную запись времени, что существенным образом сокращает время поиска неисправностей в системе, предотвращает образование, аварийных режимов в электроустановке с фиксацией времени 11, и напряжения U на графике (фиг.2), но и позволяет своевременно определить наиболее поврежденный провод.