устройство контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока

Формула изобретения

1. Устройство контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока, содержащее фильтр низкой частоты, вход которого подключен к контролируемой сети, источник опорного напряжения, индикатор и компараторы аварийной и предупредительной сигнализации, отличающееся тем, что оно снабжено преобразователем сопротивления в напряжение, разностным усилителем, блоком дифференцирования и третьим компаратором, причем источник опорного напряжения подключен к первому входу разностного усилителя и входу преобразователя сопротивления в напряжение, один выход которого связан с входом фильтра низкой частоты, а другой - с входом блока дифференцирования и вторым входом разностного усилителя, выход которого соединен с индикатором и с первыми входами компараторов аварийной и предупредительной сигнализации, ко вторым входам - входам стробирования которых через третий компаратор подключен выход блока дифференцирования.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь сопротивления в напряжение содержит полевой транзистор, стабилитрон, токозадающий резистор и операционный усилитель, причем затвор и исток транзистора объединены и подключены к входу преобразователя сопротивления в напряжение, сток транзистора связан с общей точкой катода стабилитрона и одного из выводов токозадающего резистора, другой вывод которого подсоединен к прямому входу операционного усилителя и одному выходу преобразователя, с другим выходом которого связан анод стабилитрона и инверсный вход операционного усилителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока, находящейся под рабочим напряжением.

Известны омметры и измерительные приборы с резистивными датчиками, содержащие преобразователи сопротивления в напряжение (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат, ленинградское отд., 1988, с.74, 75).

Недостатком приборов является их неспособность работать в качестве измерителей сопротивления изоляции в сети, находящейся под рабочим напряжением.

Известно устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей (полезная модель к патенту RU 60225, МПК G01R 27/16, 10.01.2007), содержащее регулируемый источник напряжения, блок подсоединения, блок измерения тока, выходное устройство, блок фильтрации, блок управления и два блока управляемых токов.

Недостаток устройства заключается в сложности и невысокой надежности его работы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство контроля изоляции в сетях переменного тока (Иванов Е.А., Галка В.Л., Малаян К.Р. Безопасность электроустановок и систем автоматики. Санкт-Петербург: "Элмор", 2003, с.96, 97), основанное на методе наложения постоянного напряжения и содержащее источник постоянного напряжения, индикатор, ограничительный резистор, фильтр низкой частоты и блок сигнализации.

Недостатком устройства является нелинейный характер изменения тока утечки, создаваемого устройством контроля, от величины сопротивления изоляции сети. Это обстоятельство, во-первых, затрудняет точное определение значения сопротивления изоляции и, во-вторых, не обеспечивает высокой разрешающей способности устройства, особенно при больших величинах сопротивления изоляции. Кроме того, контролируемое блоком сигнализации падение напряжение на ограничительном резисторе, определяемое его соотношением с последовательно соединенными сопротивлением фильтра и сопротивлением изоляции сети, невелико и снижает точность устройства. Увеличение указанного падения напряжения посредством повышения величины напряжения источника приводит к увеличению тока утечки, усилению отрицательного влияния цепей контроля на электрическую сеть и снижению электробезопасности ее эксплуатации.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока, на фиг.2 - зависимости выходных напряжений преобразователя сопротивления в напряжение и разностного усилителя предлагаемого устройства и падения напряжения на ограничительном резисторе прототипа в зависимости от величины сопротивления изоляции.

Устройство содержит фильтр 1 низкой частоты, вход которого подключен к контролируемой сети 2, источник 3 опорного напряжения, индикатор 4 и компараторы 5, 6 аварийной и предупредительной сигнализации. Устройство снабжено преобразователем 7 сопротивления в напряжение, разностным усилителем 8, блоком 9 дифференцирования и третьим компаратором 10. Источник 3 подключен к первому входу 11 усилителя 8 и входу 12 преобразователя 7, один выход 13 которого связан с выходом фильтра 1, а другой выход 14 - с входом блока 9 и вторым входом 15 усилителя 8, выход которого соединен с индикатором 4 и с первыми входами 16, 17 компараторов 5, 6, ко вторым входам 18, 19 - входам стробирования которых через третий компаратор 10 подключен выход блока 9.

Преобразователь 7 содержит полевой транзистор 20, стабилитрон 21, токозадающий резистор 22 и операционный усилитель 23. Затвор и исток транзистора 20 объединены и подключены к входу 12 преобразователя 7. Сток транзистора 20 связан с общей точкой катода стабилитрона 21 и одного из выводов резистора 22, другой вывод которого подсоединен к прямому входу усилителя 23 и выходу 13 преобразователя 7, с другим выходом 14 которого связан анод стабилитрона 21 и инверсный вход усилителя 23.

Усилитель 8 выполнен на операционном усилителе 24, фильтр 1 - на резисторе 25 и конденсаторе 26.

Графики 27, 28 и 29 представляют собой соответственно зависимости напряжений на выходе 14 преобразователя 7, выходе усилителя 8 и на ограничительном резисторе прототипа в функции от сопротивления изоляции (R _из) сети 2.

Устройство работает следующим образом. При подаче питания на выходе 13 преобразователя 7 появляется стабилизированный ток, поступающий через фильтр 1 на контролируемую сеть 2. Фильтр 1 обеспечивает защиту устройства контроля от воздействия рабочего напряжения сети 2. В установившемся режиме на выходах 13 и 14 преобразователя 7 возникают напряжения, равные произведению стабилизированного тока на сумму сопротивления 25 фильтра 1 и сопротивления изоляции RM3 сети 2 - график 27. Усилитель 8 вычитает из данного напряжения напряжение, пропорциональное сопротивлению 25 фильтра 1. В результате на его выходе остается напряжение, пропорциональное сопротивлению изоляции R_из сети 2 - график 28. С выхода усилителя 8 напряжение поступает на индикатор 4 и входы 16,17 компараторов 5, 6. Индикатор 4 отображает текущее значение сопротивления изоляции сети 2, а компараторы 5, 6 фиксируют момент уменьшения сопротивления изоляции сети 2 ниже заданных аварийного и предупредительного порогов. Для предотвращения ложных срабатываний устройства в момент его включения на время, необходимое для заряда емкости 26 фильтра 1, предназначаются блок 9 и компаратор 10, фиксирующие начало и окончание переходного процесса. При наличии переходного процесса на выходе блока 9 появляется высокий потенциал, вызывающий срабатывание компаратора 10. В свою очередь выходной сигнал компаратора 10, прикладываясь к входам 18,19 стробирования компараторов 5, 6, накладывает запрет на их работу. По окончании переходного процесса запрет снимается и устройство переходит в режим контроля сопротивления изоляции. Вместо блока 9 и компаратора 10 может быть применен также таймер, запускаемый при включении устройства и формирующий импульс, длительность которого заведомо больше времени заряда емкости фильтра. Аналогично компаратору 10 он накладывает на это время запрет на работу устройства контроля.

Преобразователь 7 представляет собой стабилизатор тока, в котором усилитель 23 работает в режиме повторителя напряжения, стабилитрон обеспечивает опорное напряжение - U _o, транзистор 20 включен как источник тока, а резистор 22 - R_o определяет величину стабилизируемого выходного тока, равную U_o/R_o. В зависимости от заданных пределов измерения сопротивления изоляции величина стабилизированного тока составляет от одного до нескольких десятков микроампер. Для получения таких величин в качестве стабилитрона 21 в преобразователе 7 используется микротоковый стабилитрон (например, КС106А, ток стабилизации которого находится в пределах от 0,01 до 0,5 миллиампера).

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом характеризуется линейной зависимостью выходного сигнала от величины сопротивления изоляции сети (см. графики 27 и 29). Это обеспечивает высокую разрешающую способность устройства и простоту вычисления значения сопротивления изоляции. Кроме того, в связи с весьма низкой величиной наложенного на сеть измерительного тока практически исключается какое либо влияние и снижение электробезопасности сети при подключении к ней данного устройства контроля сопротивления изоляции.