способ измерения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью

Формула изобретения

Способ измерения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанный на измерении напряжений между землей и ее полюсами до и после подключения к одному из полюсов резистивного элемента, отличающийся тем, что дополнительно измеряют токи, протекающие по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента, в качестве резистивного элемента используют электрически управляемый резистивный элемент, включают его на полюс, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до включения, поддерживают постоянное значение тока через этот элемент и вычисляют значение сопротивлений изоляции сети по формулам

где R - полное сопротивление изоляции сети;

U - приращение полусуммы напряжений на полюсах, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети,

I - величина тока через этот элемент;

R_j - сопротивление изоляции j-го присоединения;

I_j - приращение тока j-го присоединения, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения сопротивлений изоляции в сетях постоянного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением.

Известен способ измерения полного сопротивления изоляции сети постоянного тока при помощи вольтметра и шунта (см., например, Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 В. М.-Л.: Энергия, 1966, с.50-51). Этим способом не могут быть измерены сопротивления изоляции отдельных полюсов сети.

Наиболее близким к изобретению является известный способ измерения сопротивлений изоляции путем поочередного измерения напряжений между каждым из полюсов и землей вольтметром с конечным сопротивлением (см., например, там же, с.53-55). Этим способом не могут быть измерены сопротивления изоляции отдельных участков сети (присоединений), необходимость переключения вольтметра усложняет процесс измерения и снижает точность результатов.

По существу известные способы измерения сопротивлений изоляции сети основаны на измерении напряжений между землей и ее полюсами до и после подключения к одному из них резистивного элемента (шунта, вольтметра с конечным сопротивлением).

Задачами изобретения являются упрощение процесса измерений, повышение точности его результатов и расширение функциональных возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанном на измерении напряжений между землей и ее полюсами до и после подключения к одному из полюсов резистивного элемента, дополнительно измеряют токи, протекающие по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента, в качестве резистивного элемента используют электрически управляемый резистивный элемент, включают его на полюс, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до включения, поддерживают постоянное значение тока через этот элемент и вычисляют значение сопротивлений изоляции сети по формулам

где R - полное сопротивление изоляции сети,

U - приращение полусуммы напряжений на полюсах, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети,

I - величина тока через этот элемент,

Rj - сопротивление изоляции j-го присоединения,

Ij - приращение тока j-го присоединения, вызванное подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети.

Сущность изобретения поясняется схемой (фиг.1) и графиками (фиг.2).

На схеме фиг.1 изображены источник 1 питания сети постоянного тока с изолированной нейтралью, электрически управляемые резистивные элементы 2 и 3, устройства 4 и 5 для измерения напряжений между землей и полюсами сети, устройства 6, 7 и 8 для измерения токов, протекающих по присоединениям 9, 10 и 11.

На схеме показаны нагрузки присоединений, емкости и активные сопротивления их изоляции. Например, присоединение 9 обладает очень хорошей изоляцией, активные утечки присоединения 10 значительны, а на присоединении 11 имеется повреждение изоляции его отрицательного полюса.

На графиках фиг.2 показано (сверху вниз) изменение во времени тока I через электрически управляемый резистивный элемент, напряжений U₁ и U₂ на полюсах сети, а также их полусуммы, токов I₁, I₂, и I₃, протекающих по присоединениям 9, 10 и 11 соответственно, и приращений ( U, I₁, I₂ и I₃), вызванных подключением электрически управляемого резистивного элемента, например, к положительному полюсу сети.

Измерение приращений напряжений и токов может быть выполнено при помощи известных в технике измерений методов и устройств, включая средства вычислительной техники.

В качестве электрически управляемых резистивных элементов могут быть использованы, например, комплиментарные биполярные транзисторы, включенные по схеме с отрицательной обратной связью по току эмиттера. Если подключить источник постоянного напряжения к базе транзистора, включенного по такой схеме, то при наличии напряжения на коллекторе большего, чем напряжение насыщения, в коллекторной цепи будет протекать постоянный ток.

Наличие напряжения на коллекторе транзистора будет обеспечено, если в соответствии с изобретением включают электрически управляемый резистивный элемент на полюс, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до включения. Отсутствие насыщения транзистора может быть обеспечено выбором величины коллекторного тока в зависимости от предполагаемого значения полного сопротивления изоляции сети, т.е. по существу выбором диапазона измерения сопротивлений.

В момент включения электрически управляемого резистивного элемента весь его ток замыкается через емкости сети, а в установившемся режиме он протекает только через активные сопротивления изоляции. Приращения напряжений на полюсах и полусуммы этих напряжений (смещения нейтрали сети), вызванные подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети, равны произведению постоянного тока через этот элемент и полного активного сопротивления изоляции сети.

Таким образом, приращение напряжения смещения нейтрали не зависит от соотношения величин полного сопротивления изоляции сети и сопротивления резистивного элемента, как это имеет место в известных способах измерения. Поэтому при измерении предлагаемым способом повышается точность измерения. Кроме того, в предлагаемом способе измерения для определения сопротивлений изоляции (полного и по полюсам) не требуется переключать резистивный элемент на другой полюс. Это упрощает процесс измерения и исключает возможные ошибки, возникающие при таком переключении.

Сопротивления изоляции полюсов сети могут быть рассчитаны по известным формулам с использованием измеренных напряжений на полюсах и полного сопротивления изоляции.

Постоянный ток через электрически управляемый резистивный элемент в момент включения этого элемента распределяется по присоединениям обратно пропорционально их емкостям, а в установившемся режиме - обратно пропорционально активным сопротивлениям изоляции. Приращения емкостных токов, вызванные подключением электрически управляемого резистивного элемента, равны нулю (например, ток I₁ на фиг.2), а сумма приращений активных токов через изоляцию присоединений равна постоянному току через электрически управляемый резистивный элемент (например, сумма I₂ и I₃ на фиг.2). Следовательно, измеряя приращения токов, вызванные подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети, можно определить сопротивления изоляции присоединений, то есть расширить функциональные возможности способа.