способ определения сопротивления путей утечек тока на землю в электрических системах

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПУТЕЙ УТЕЧЕК ТОКА НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ постоянного и медленноменяющегося напpяжения, основанный на измеpении ампеpметpом тока утечки на землю, отличающийся тем, что измеpяют сопpотивление n элементов системы, подключают пеpвый ампеpметp к одному из полюсов источника питания (батаpеи)и общей точке, измеpяют ток чеpез пеpвый ампеpметp, измеpяют общий ток чеpез источник питания втоpым ампеpметpом, шунтиpуют пеpвый элемент системы известным шунтом, измеpяют ток чеpез пеpвый и втоpой ампеpметpы, шунтиpуют втоpой элемент системы, убиpая шунт пеpвого элемента, измеpяют ток чеpез пеpвый и втоpой ампеpметpы, повтоpяют опеpацию шунтиpования и измеpения токов чеpез пеpвый и втоpой ампеpметpы для n - 1 элемента системы, подключают пеpвый ампеpметp к дpугому полюсу источника питания и общей точке, снимают шунт, измеpяют ток чеpез пеpвый и втоpой ампеpметpы, составляют систему n + 1 линейных уpавнений, связывающую все измеpенные паpаметpы с сопpотивлением утечек на каждом элементе системы, pешают полученную систему относительно сопpотивлений утечек и опpеделяют значение сопpотивлений путей утечек тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области контроля сопротивления изоляции электроустановок (постоянного и медленно меняющегося напряжения) и определения сопротивлений утечек тока через изоляцию на каждом элементе электрической системы без отключения потребителей. В частности, его можно применять при определении сопротивлений утечек тока через изоляцию на элементах батарей аккумуляторов, химических источников тока, витках катушек размагничивания кораблей, на электролизерах электролизных батарей и т. д.

Известен способ определения общего сопротивления утечек тока при помощи вольтметра и шунта, по которому измеряют напряжение U₁ на одном из полюсов питания батареи относительно земли (общей точки), затем подключают образцовый резистор R_ш к данному полюсу батареи и общей точке и измеряют повторно напряжение U₂ того же полюса питания относительно земли. Затем по формуле определяют общее сопротивление утечки

R_ут= R, где R_ш - сопротивление образцового резистора (шунта);

U₁ - напряжение на одном из полюсов батареи относительно земли;

U₂ - напряжение на том же полюсе относительно земли, но при подключенном шунте R_ш.

Однако способ позволяет определить только общее сопротивление утечки батареи, не определяя сопротивление утечки на каждом элементе батареи, а также не определяя место понижения сопротивления изоляции.

Известен способ локализации дополнительных утечек, применяемый для электролизных серий и батарей автономных источников питания. При этом для расчета места снижения сопротивления изоляции на электролизной серии необходимо непрерывно измерять и регистрировать общее сопротивление изоляции установки в целом и потенциал одного из шинопроводов (полюсов) источника питания U_с относительно земли. При изменении контролируемых параметров по определенным формулам рассчитывают место снижения сопротивления изоляции (номер электролизера в батарее) Х и величину изменения сопротивления изоляции R:

X_i = (U_j+1 R_эj - U_jR_эj+1)/(U_c(R_эj - R_эj+1));

R = (R_эj R_эj+1)/(R_эj+1 + R_эj), где U_j+1, R_j+1 - напряжение на одном из полюсов источника и общее сопротивление изоляции после возникновения понижения сопротивления изоляции;

U_j, R_j - то же, до возникновения понижения сопротивления изоляции;

n - число элементов в батарее;

U_с - полное напряжение питания электролизной серии.

Недостатки данного способа: необходимость непрерывно контролировать параметры батареи, неработоспособность способа при параллельном снижении изоляции в двух или более местах батареи, определение не абсолютного значения сопротивления утечки в месте понижения, а только величины на сколько снизилось сопротивление изоляции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения сопротивления путей утечек тока на землю. Этот способ применим к генераторам постоянного тока, состоящим из двух элементов, соединенных последовательно. При этом способе измеряют ток, протекающий через амперметр, подключенный между общей точкой элементов и землей. Изменяется напряжение на элементах до величины U₁₂⁰ и U₂₃⁰(изменяя обороты генераторов, притормаживая), добиваются нулевого показания амперметра (фиг. 1). Затем, увеличивая напряжение U₁₂⁰ до величины U₁₂¹ и оставляя неизменным U₂₃⁰, измеряют ток через амперметр I^I . Рассчитывают величину сопротивления утечки на первом элементе

R₁= .

Ток через амперметр делают нулевым, делая U₁₂¹ равным U₁₂⁰. Повышают напряжение U₂₃⁰ до величины U₂₃¹ и оставляют неизменным U₁₂⁰, измеряют ток через амперметр I^II . Рассчитывают величину сопротивления утечки на втором элементе питания батареи

R₃= .

Сопротивление утечки в общей точке элементов батареи рассчитывают по формуле

R₂= , где R - общее сопротивление изоляции определенное, например, методом вольтметра и шунта.

Основные недостатки способа применимость к системам, состоящим только из двух элементов питания, сложность реализации автоматического устройства с плавным изменением напряжения на элементах и фиксации нулевого тока, необходимость использования дополнительного метода для измерения общего сопротивления утечки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет применения способа на электрические системы, состоящий из любого числа элементов, и применение к системам, состоящим как из источников, так из приемников электрической энергии, находящихся под постоянным напряжением, которое может изменяться в процессе работы.

Цель достигается тем, что согласно способу измеряют r_i - сопротивление элементов системы, подключают первый амперметр к одному из полюсов источника питания (батареи) и общей точке, измеряют ток через первый амперметр, измеряют общий ток через источник питания вторым амперметром шунтируют первый элемент системы известным шунтом, измеряют ток через первый и второй амперметры, шунтируют второй элемент системы, убирая шунт с первого элемента, измеряют ток через первый и второй амперметры, повторяют операцию шунтирования и измерения токов через первый и второй амперметры для n-1 элементов системы, подключают первый амперметр к другому полюсу источника питания и общей точке, снимают шунт, измеряют ток через первый и второй амперметры, составляют систему n+1 линейных уравнений согласно методу, связывающему все измеренные параметры с сопротивлением утечки на каждом элементе системы, решают полученную систему относительно сопротивлений утечек.

Поскольку указанные отличительные признаки отсутствуют у прототипа, предлагаемое техническое решение отвечает критерию "новизна". Признак подключают первый амперметр к общей точке, измеряют ток через первый амперметр (известен в прототипе) необходим для расчета сопротивлений утечек на крайних элементах системы. В предлагаемом способе в совокупности с признаками шунтируют первый элемент шунтом, повторяют операцию шунтирования и измерения токов для каждого элемента системы и составляют систему n+1 линейных уравнений он обеспечивает нахождение величины сопротивления утечек на каждом элементе контролируемой системы, при этом число элементов в системе может быть любым. Кроме того, способ не использует сложные операции настройки (установки напряжения, чтобы ток через амперметр равнялся , как в прототипе), отпадает необходимость в способе измерения общего сопротивления изоляции и данный способ может применяться как к последовательно соединенным приемникам, так и к последовательно соединенным источникам электрической энергии, т. е. предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Сущность предложенного способа. На фиг. 2 изображена эквивалентная схема обмотки размагничивания. Витки обмотки соединены последовательно, сопротивления утечек на схеме показаны в местах соединения витков, как наиболее "слабых" в отношении изоляции местах. На схеме r₁, r₂, . . . , r_n - сопротивления 1,2, . . . , n витков обмотки размагничивания; R₁, R₂, . . . , R_n+1 - сопротивления путей утечек тока на землю; R_ш - сопротивление образцового шунта; U₁ , U₂ , . . . , U_n - напряжения на витках при шунтировании первого витка; Е - напряжение (постоянное или медленно меняющееся) питания обмотки размагничивания; А₁ и А₂ - амперметры.

Так как R₁ >> r (i, j = 1, . . . , n), то напряжение на витках

U_i = r_j I_А2, где I_А2 - ток через амперметр А₂.

Измеряют сопротивление витков r₁, . . . , r_n. Для этого, подавая фиксированный ток через обмотку I_А2, измеряют падение напряжения на каждом витке. Иногда r₁, . . . , r_n известны.

Подключают амперметр А к одному из полюсов источника питания Е и общей токе. Измеряют точки через амперметры А₁ I₁ и А₂ I₁^*. Шунтируют первый виток r₁ шунтом R_ш, измеряют токи через амперметры А₁ I₂ и А₂I₂^*. Шунтируют шунтом R_ш второй виток r₂, измеряют токи через амперметры А₁ I₃ и А₂ I₃^*. Таким образом, последовательно шунтируют n-1 витков обмотки, измеряя токи через А₁ и А₂. Подключают амперметр А₁ к другому полюсу источника питания и общей токе, снимают шунт R_ш, измеряют токи через амперметры А₁ I_n+1 и A₂ I_n+1^*. Составляют систему линейных уравнений

I₁= + + . . . + ;

I₂= + + . . . + ;

. . .

I_n= + + ;

I_n+1= + + . . . + .

Решают данную систему линейных уравнений относительно I/R₁, I/R₂, . . . , I/R_n+1 и определяют абсолютные значения сопротивлений утечек на каждом элементе. При этом питающее напряжение может изменяться. Данный способ может применяться и для определения путей утечек тока на землю в батареях источников напряжения (аккумулятора).

Поскольку каждый элемент батареи имеет внутреннее сопротивление, то, шунтируя его, можно изменять напряжение на элементе и, зная напряжения на других, составить систему уравнений так, как это показано выше. При этом число элементов в системе может быть любым. Сопротивление шунта R_ш должно быть соизмеримо с величиной сопротивления шунтируемого элемента Z_i.

Данный способ просто реализуется с использованием вычислительной техники.

Достижение цепи изображения доказано теоретически и лабораторными исследованиями, выполненными на кафедре Автоматика и телемеханика НПИ. (56) Оверин Б. А. Электробезопасность в электролизных установках. - М. : Металлургия, 1986.