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 №86807 РФ, МПК Н02Н 3/17. Устройство для контроля изоляции электрических систем. / Балюк А.А., Борзеев И.Я.; ДВГУПС (РФ).-№2008150886, Заявлено 22.12.2008, Опубл. 10.09.2009. Бюл. №25)
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, исполнительный элемент, датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в исполнительном элементе.
Генератор сети своими двумя выходами подсоединен к блоку присоединения, первый и второй выходы которого подсоединены к входу блока вентильной защиты, выход которого подсоединен 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 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, которые своими выходами подсоединены к земле.
Блок присоединения содержит дифференциальный автомат, соединенный с разделительными конденсаторами, входы дифференциального автомата являются двумя выходами блока присоединения, первый и второй выходы дифференциального автомата являются третьим и четвертым выходом блока присоединения, а выход разделительных конденсаторов - 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 вход и выход колебательного контура 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. Вход катушки является входом исполнительного элемента, а выход объединенных контактов - его одним выходом, другим выходом является вход симистора, и сигнальной лампы объединенных между собой.
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 далее на блок вентильной защиты и нагрузку одновременно ток генератора непромышленной частоты поступает на нагрузку - через выпрямитель, заградительный блок, разделительные конденсаторы блока присоединения, блок вентильной защиты нагрузку и затем на землю. Этот путь прохождения тока является основным путем. В блоке присоединения токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты накладываются и результирующий ток утечки, поступает на контакт реле измерительного блока. Кроме того, ток от генератора сети поступает через дифференциальный автомат блока присоединения на отключающую катушку исполнительного элемента продолжает поступать на контролируемую сеть по второму пути.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, а величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока, при этом контакты исполнительного элемента находятся в отключенном состоянии. Токи от генератора сети и генератора непромышленной частоты продолжают поступать на нагрузку. Измерительный блок показывает величину утечки результирующего тока нагрузки соответствующей техническим нормам. Датчик тока в блоке присоединения, симистор в исполнительном элементе закрыты, сигнальная лампа не горит.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше допустимого значения и включает контакт реле измерительного блока, который показывает величину утечки результирующего тока нагрузки контролируемой сети, превышающую технические нормы. При этом включении контакта реле на отключающую катушку исполнительного элемента поступает ток, который отключает ток генератора сети через дифференциальный автомат блока присоединения от нагрузки, а блок вентильной защиты отключает нагрузку от контролируемой сети. Ток от генератора непромышленной частоты продолжает поступать на контролируемую сеть по второму пути, т.е. ток продолжает течь через измерительный блок, заградительный блок, блок присоединения.
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть датчик тока в блоке присоединения открывается и ток от генератора непромышленной частоты поступает на вход симистора и сигнальную лампу, при этом симистор, выход которого подсоединен к входу реле, открывается и цепь тока генератора непромышленной частоты замыкается на землю. Затем включается контакт реле, который также задействован в поступлении тока на отключающую катушку дифференциального автомата. Сигнальная лампа горит и продолжает гореть после отключения генератора сети от нагрузки, что указывает на процесс распознавания вида повреждения. При этом чувствительность срабатывания устройства контроля изоляции электрических систем значительно повышается.
Таким образом, представляется возможность 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 все время поиска будут находиться во включенном состояний. Место повреждения находят по месту расположения датчика тока в контролируемой сети.
Устройство позволяет распознать вид повреждения, повысить чувствительность устройства к срабатыванию от взаимодействия внешних источников теплового излучения и определить место повреждения в контролируемой сети.
Недостатком устройства для контроля изоляции электрических систем является то, что оно не позволяет с достаточной точностью распознавать вид повреждения в электрических сетях большой протяженности, например в кабельных линиях, имеет низкую чувствительность и помехоустойчивость в наиболее удаленных местах от источника тока.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изоляции электрических систем (Патент 116710 РФ, МПК Н02Н 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.
Задачей полезной модели является создание устройства для контроля изоляции электрических систем, позволявшего определить время начала аварии и распознавать уровень величины сопротивления изоляции в контролируемой сети.
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, 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 симисто-ром, 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, дополнительно введен аналого-цифровой преобразователь, установленный в измерительном блоке, при этом вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходам реле тока измерительного блока.
Признаками отличающими заявляемое решение от прототипа являются установка аналого-цифрового преобразователя, расположение его в измерительном блоке и его взаимосвязи.
Благодаря отличительным признакам устройство позволяет определить время начала аварии и распознать уровень величины сопротивления изоляции в контролируемой сети. Это обусловлено тем, что аналого-цифровой преобразователь позволяет выводить на дисплей графическое изображение поведения изоляции контролируемой сети, производить запись с точной фиксацией времени сбоя в работе, а также оповещать персонал о неисправном состоянии и в случае необходимости производить автоматическое аварийное отключение системы.
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, генератор тока непромышленной частоты 5, выпрямитель 6, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок 7, измерительный блок 8, аналого-цифровой преобразователь 9, расположенный в измерительном блоке 8, исполнительный элемент 10, повышающий трансформатор 11, расположенный в заградительном блоке 7.
Блок присоединения 2 содержит дифференциальный автомат 12, разделительные конденсаторы 13, 14 и датчик тока 15. Блок присоединения 2 присоединен к блоку вентильной защиты 3 и нагрузке 4, дифференциальный автомат 12 последовательно соединен с разделительным конденсатором 13 и параллельно с разделительным конденсатором 14. Выходы дифференциального автомата 12 являются двумя выходами блока присоединения 2, первый и второй выходы дифференциального автомата 12 являются третьим и четвертым выходами блока присоединения 2, а выход разделительного конденсатора 13 - его пятым выходом, шестым выходом блока присоединения 2 является выход датчика тока 15, вход которого подсоединен к объединенным выходам разделительных конденсаторов 14.
Заградительный блок 7 содержит повышающий трансформатор 11, вход и выход которого являются входом и выходом заградительного блока.
Измерительный блок 8 содержит реле 16, конденсатор 17 и аналого-цифровой преобразователь 9. Вход реле 16 и конденсатора 17 и параллельно к ним присоединенный вход аналого-цифрового преобразователя 9 является входом измерительного блока 8, а выход реле 16 и конденсатора 17 и параллельно к ним присоединенный выход аналого-цифрового преобразователя 9 является выходом измерительного блока 8.
Исполнительный элемент 10 содержит катушку отключения 18 дифференциального автомата 12, симистр 19, реле 20, лампу сигнализации 21 и объединенные контакты 22, 23. При этом выход симистра 19 соединен с входом, реле 20, выход которого соединен с землей, вход сигнальной лампы 21 параллельно с входом симистора 19 подсоединен к выходу датчика тока 15, а выход соединен с землей. Вход катушки 18 является входом исполнительного элемента 10, выход объединенных контактов 22, 23 - его одним выходом, вторым выходом является вход симистора 19 и сигнальной лампы 21, объединенных между собой. Другим выходом блока исполнительного элемента 10 является объединенный выход реле 20 и сигнальной лампы 21 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 и шестой выходы блока присоединения 2 присоединений к входам исполнительного элемента 10 и заградительного блока 7.
В качестве генератора сети 1 выбран генератор ПН-140, блок вентильной защиты 3 оборудован силовыми диодами ВК-200, генератор тока непромышленной частоты 5 - АД-20М, выпрямитель 6 оборудован диодами Д226Д. В блоке присоединения 2 использован дифференциальный автомат ПМВ и конденсаторы типа КБГ-МП 600В, датчик тока типа ДПС. В заградительном блоке 7 введем повышающий трансформатор 11 Тр-600 - 2200/3000 и использован конденсатор КБГ-400 В. В измерительном блоке 8 использовано реле РЭС 64А с током срабатывания 1,2-1,3 мА и миллиамперметр M200I-24, которые своими выходами подключены к входам аналого-цифрового преобразователя 9, собранного на микросхеме КР 572 ПВВ и преобразователя уровней 5 N 74 LYCC 3245А. В качестве исполнительного элемента 10 использованы катушка 18 пускателя ПМВ, реле РКН, симистор, сигнальная лампа ЛС.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток от генератора сети 1 поступает на дифференциальный автомат 12 блока присоединения 2 и затем на блок вентильной защиты 3 и нагрузку 4. Одновременно ток генератора непромышленной частоты 5 поступает на нагрузку 4 через выпрямитель 6, повышающий трансформатор 11 заградительного блока 7, разделительные конденсаторы 13 блока присоединения 2, 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 5 накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет контактами 22, 23 поступает, на реле 16 и аналого-цифровой преобразователь 9 измерительного блока 8. Кроме того, ток от генератора сети 1 поступает на дифференциальный автомат 12 блока присоединения 2 и на отключающую катушку 18 исполнительного элемента 10.
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 22 реле 16 измерительного блока 8, аналого-цифровой преобразователь 9 производит развертку сигнала по позиции «1» как показано на фиг.2.
При этом контакты 22, 23 исполнительного элемента 10 находится в отключенном состоянии. Токи от генератора сети 1 и генератора непромышленной частоты 5 продолжают поступать на нагрузку 4. Датчик тока 15 в блоке присоединения 2, симистор 19 в исполнительном элементе 10 закрыты, сигнальная лампа 21 в исполнительном элемент 10 не горит.
В предаварийном режиме при состоянии изоляции контролируемой сети нагрузки 4 до срабатывания реле 16 в измерительном блоке 8 аналого-цифровой преобразователь 9 производит развертку сигнала по по позиции 2 как показано на фиг.«2». При этом производится запись времени состояния изоляции контролируемой сети нагрузки 4. Это дает возможность своевременного отыскания места повреждения. 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 16 в измерительном блоке 8 срабатывает и включает контакт 22 в исполнительном элементе 10.
Измерительный блок 8 показывает величину результирующего тока утечки выше установленных норм, сигнальная лампа 21 в исполнительном элементе 10 горит, показывая аварийный режим, при этом аналого-цифровой преобразователь 9 производит развертку сигнала по позиции «3» «аварийный режим» (фиг.2)
При воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть нагрузки 4 датчик тока 15 в блоке присоединения 2 открывается и ток от генератора непромышленной частоты 5 поступает на вход симистора 19 и сигнальную лампу 21, при этом симистор 19 открывается, ток поступает на реле 20, контакт 23 в исполнительном элементе 10 замыкется и включет катушку отключения 18 дифференциального автомата 12 и цепь тока генератора непромышленной частоты 5 замыкается на землю. Дифференциальный автомат 12 отключает генератор сети 1 от нагрузки 4. Аналого-цифровой преобразователь 9 в измерительном блоке 8 производит развертку на график и непрерывную запись времени по позиции «3» «аварийный режим» (фиг.2)
1
1
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 t и напряжения U на графике (фиг.2)