СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ВЗРЫВООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF MONITORING ELECTRICAL INSULATION RESISTANCE OF EXPLOSIVE OBJECTS

Способ контроля электрического сопротивления изоляции взрывоопасных объектов относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий, требующих соблюдения особых мер предосторожности в процессе проведения испытаний и контроля их характеристик.
Известен СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖГУТАХ И КАБЕЛЯХ (№ заявки 92014756, опубл. 30.04.1995). Сущность изобретения: предлагаемый способ измерения сопротивления изоляции предусматривает проведение двух последовательных замеров тока проводимости с промежутком времени, определяемым быстродействием устройства, в котором реализуется способ; затем по известной системе уравнений определяют сопротивление изоляции по методу сравнения измеряемого сопротивления с известным с помощью делителя.
Недостатком этого способа является малое быстродействие и влияние на контролируемые цепи, которое может привести к аварийной ситуации в случаях, когда эти цепи служат для подключения, например, пиропатронов.
Известен СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫХ ЦЕПЕЙ (№2022289, опубл. 30.10.1994), заключающийся в том, что подают на закороченные выводы электровзрывной цепи испытательное напряжение, измеряют контролируемый параметр и сравнивают его с эталонным значением, по результатам сравнения судят о состоянии изоляции, причем измеряют частоту блуждающего тока, а испытательное напряжение подают через вспомогательный последовательный резонансный LC-контур, причем ток выбирают в три раза меньше допустимого, а частоту испытательного напряжения - в 10 раз выше частоты помехи.
Недостатком этого способа является малое быстродействие и недостаточная надежность, так как частота тестового сигнала выбирается под конкретную частоту помехи.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ (№ заявки 5049551, опубл. 02.09.1995). Сущность изобретения: способ определения сопротивления изоляции электрических сетей основан на поочередном шунтировании резистором полюсов сети, последовательном измерении на нем мгновенных значений напряжения в момент шунтирования и затем через равные интервалы времени определении эквивалентного сопротивления изоляции как произведения величины шунтирующего резистора на отношение напряжения контролируемой сети к сумме установившихся значений напряжения на шунтирующем резисторе, уменьшенное на единицу.
Недостатком этого способа является существенное влияние на контролируемые цепи и отсутствие возможности влияния на режимы измерения.
Задачей заявляемого изобретения является создание способа контроля электрического сопротивления изоляции взрывоопасных объектов, обеспечивающего снижение опасности разрушения объекта, связанной со спонтанным падением сопротивления изоляции и возрастанием выделяющейся мощности, которое может привести к повреждению объекта.
Это достигается путем того, что процесс контроля динамических характеристик сопротивления изоляции ведется в режиме плавного нарастания испытательного сигнала, это позволяет исключить аварию при обнаружении факта нарушения изоляции.
Суть изобретения заключается в том, что между измеряемыми точками объекта устанавливают тестовый сигнал заведомо малой амплитуды, при котором вычисляют значение сопротивления изоляции. Потом тестовый сигнал плавно наращивают до заданной амплитуды, контролируя значение сопротивления изоляции, и по тенденции изменения сопротивления регулируют скорость нарастания тестового сигнала или принимают решение о досрочном прекращении процедуры контроля для предотвращения разрушения объекта.
Технический результат достигается за счет применения процедуры плавного установления испытательных режимов и проведения операции контроля характеристик измеряемого сопротивления при наличии плавно нарастающего тестового сигнала.
Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что авторами проведено моделирование процессов измерения и уже разработан и опробован макет устройства, реализующего этот способ.
На фигуре 1 приведен пример структурной схемы устройства, на котором поясняются особенности реализации предложенного способа.
Способ измерения электрического сопротивления изоляции иллюстрируется диаграммой, описывающей очередность выполнения операций контроля, приведенной на фигуре 2, где
6 - установка пониженного напряжения,
x
7 - измерение R,
т
8 - наращивание тестового сигнала со скоростью V,
x
9 - оценка динамики изменения R,
т
10 - регулировка скорости V,
x
11 - прогнозирование конечного значения R,
x доп.
12 - сравнение сопротивления с допустимым значением R.
x
В примере, приведенном на фигуре 1, в качестве генератора тестового сигнала I используется управляемый источник тока 1, падение напряжения U на измеряемом R сопротивлении 2 осуществляется аналого-цифровым преобразователем 3, результаты измерения поступают в блок анализа 4, который вычисляет значение сопротивления по формуле
x
R=U/I.
По результатам анализа блок регулировки тестового сигнала 5 изменяет скорость нарастания тестового сигнала или останавливает процесс.
На фигуре 3 представлены графики зависимостей параметров схемы от сопротивления изоляции.
Процесс контроля по предложенному способу осуществляется в следующей последовательности. К контролируемым точкам подключают тестовый сигнал пониженного значения. Измеряют значение сопротивления соответствующего этому уровню сигнала. На основании этого определяют скорость изменения тестового сигнала и запускают процесс нарастания его до достижения заданного условиями проверки режима. В процессе нарастания тестового сигнала постоянно контролируют зависимость сопротивления от амплитуды тестового сигнала и в зависимости от характера изменений (скорости, ускорения или замедления и т.п.) регулируют скорость изменения тестового сигнала до значений, позволяющих, в случае необходимости, прервать процесс контроля без ущерба для целостности контролируемого сопротивления (со всеми вытекающими от этого последствиями для взрывоопасных цепей). Или прервать процесс в случае, если в результате анализа тенденции изменения контролируемого сопротивления прогноз показывает, что при выходе на заданный режим контроля сопротивление может оказаться ниже допустимого. Когда тестовый сигнал достигнет заданного значения, после определенного времени установления проводится измерение сопротивления и сравнение его с допустимым значением, на основании чего делается вывод о результатах контроля.
x1
зад
1
2
x2
зад
1
3
x3
зад
1.
На фигуре 3а видно, что в случае, если контролируемое сопротивление R не зависит от режимов измерения, значение тока, протекающего через сопротивление при достижении заданного падения напряжения U, будет равно I. На графике 3б, когда контролируемое сопротивление растет с ростом напряжения на нем, показано, что ток I, при котором напряжение на R достигнет U, меньше I, а на графике 3в, когда контролируемое сопротивление падает с ростом напряжения на нем, видно, что ток I, при котором напряжение на R достигнет U, больше I
Таким образом, из приведенных примеров видно, что рост сопротивления изоляции в процессе нарастания тестового сигнала приводит к ускоренному увеличению падения напряжения на нем и соответственно сокращению времени операции контроля. Уменьшение сопротивления изоляции приводит к снижению скорости нарастания тестового сигнала на контролируемом сопротивлении.
x
R
x
0
Например, если контролируемое сопротивление R=F(U) имеет следующую зависимость от режимов контроля: R=R+L·I, то
вых
x
U=R·I;
вых
0
U=(R+L·I)·I;
вых
0
2
U=I·R+L·I,
0
где R - это значение сопротивления изоляции при пониженном тестовом сигнале I.
вых
А на вход схемы измерения будет подаваться плавно нарастающий (для упрощения пилообразный) сигнал по закону I=M(t)=m·t, то U будет меняться по закону
вых
0
2
2
U(t)=R·m·t+L·m·t.
Обрабатывая выходной сигнал, например, многократно дифференцируя:
'
2
вых
0
U (t)=R·m+2·L·m·t;
"
2
вых
U (t)=2·L·m.
0
x
зад
x
x
вых
вых мах
зад
Из приведенных выражений можно определить коэффициенты R и L, т.е. прогнозировать значение R, точно соответствующее заданному режиму контроля (U), и соответственно либо прервать контроль, если прогнозируемое значение R будет меньше допустимого (возможна авария), либо продолжить и контролировать фактическое значение R при U=U. Как показано на фигуре 3, когда коэффициент L положителен, т.е. сопротивление изоляции возрастает с ростом тестового сигнала, сигнал на выходе раньше достигает напряжения U, заданного режимами контроля.
зад
А вот, когда L отрицателен, т.е. сопротивление изоляции падает с ростом тестового сигнала, сигнал на выходе позже достигает напряжения U, заданного режимами контроля.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить реализацию устройств для измерения электрического сопротивления изоляции и исключить возможность разрушения объекта, связанную со спонтанным снижением сопротивления изоляции, которое может привести к повреждению объекта.