способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей

Формула изобретения

Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока под напряжением или обесточенных и изолированных от "земли", заключающийся в том, что к контролируемой сети подключают источник регулируемого постоянного тока, производят заряд емкости сети до наперед заданного значения, затем уменьшают значение тока до такой величины, чтобы среднее значение напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети оставалось постоянным, запоминают эти значения тока и напряжения, затем повторяют эти операции с изменением направления тока источника регулируемого постоянного тока, запоминают новые значения тока и среднего напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети и обрабатывают результаты измерений по формуле, вычисляя величину сопротивления изоляции сети.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к измерениям сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли».

Известен способ измерения сопротивления изоляции [Авторское свидетельство СССР №408238, кл. G01R 27/18, 1974], заключающийся в подключении к контролируемой сети вспомогательного источника постоянного напряжения, осуществлении его регулярной коммутации таким образом, чтобы моменты коммутации не были коррелированны с изменением напряжения контролируемой сети, и определении величины сопротивления изоляции сети по сумме значений напряжения в измерительной точке, измеренных в моменты времени, предшествующие коммутации. Способ обеспечивает возможность измерения сопротивления изоляции как обесточенных цепей, так и сетей, находящихся под постоянным или переменным напряжением.

Однако основным недостатком данного способа является его малое быстродействие. Это обусловлено тем, что после каждой проведенной коммутации вспомогательного источника постоянного напряжения нельзя сразу производить измерения напряжения в измерительной точке. После коммутации необходим промежуток времени, достаточный для перезаряда емкостей сети. После этого промежутка времени можно производить измерение напряжения и лишь затем производить очередную коммутацию. Поскольку емкости сети могут достигать нескольких сотен микрофарад, то время измерения сопротивления изоляции сети может достигать нескольких десятков или даже сотен секунд. Это часто недопустимо, так как из-за возможного вероятного подключения или отключения отдельных потребителей во время измерения может появиться недопустимо большая погрешность измерения. Кроме того, при таком длительном цикле измерения может произойти значительное изменение сопротивления изоляции и, как следствие, возникнуть опасность поражения людей электрическим током и угроза возникновения пожара.

Известен также способ измерения сопротивления изоляции [Иванов Е.А., Кузнецов С.Е. Методы контроля изоляции судовых электроэнергетических систем. Учебное пособие. - СПб.: «Элмор», 1999, с.53-54], который можно применять в сетях переменного и двойного рода тока. Суть способа состоит в следующем. К фазам сети переменного тока подключается трехфазный выпрямительный мост, собранный по схеме Ларионова. Затем поочередно измеряют три средних значения напряжения: на выходе моста, между положительным полюсом моста и «землей», между отрицательным полюсом и «землей». Затем выполняют расчет сопротивления изоляции по формуле.

Основным недостатком данного способа является невысокое быстродействие, обусловленное необходимостью измерять средние значения напряжений, так как именно средние значения напряжений являются носителями информации о величине сопротивления изоляции.

Кроме того, этот способ непригоден для обесточенных сетей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ измерения сопротивления изоляции, заключающийся в следующем [Авторское свидетельство СССР №1737363, кл. G01R 27/18, 1992]. Производят заряд емкостей сети относительно земли постоянным током неизменного значения до величины заданного значения напряжения, отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного напряжения заданного значения и проводят измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерений с изменением полярности напряжения на емкостях сети и обрабатывают результаты измерений, причем количество циклов измерений зависит от рода тока контролируемой сети. Данный способ позволяет существенно сократить время измерения за счет ускорения заряда емкостей сети от источника неизменного тока и в обесточенных сетях или в сетях постоянного тока обеспечивает хорошие результаты, поскольку число циклов измерений здесь не превышает двух. Однако в сетях переменного или двойного рода тока число циклов измерений существенно больше, что необходимо для устранения влияния на результат измерения переменного напряжения. Это приводит к увеличению времени измерения и снижению точности измерения сопротивления изоляции.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей.

Технический результат заключается в сокращении времени измерения, повышении точности измерения сопротивления изоляции в сетях любого рода тока, находящихся под напряжением или обесточенных.

Поставленная задача достигается способом измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока под напряжением или обесточенных и изолированных от «земли», заключающимся в том, что к контролируемой сети подключают источник регулируемого постоянного тока, производят заряд емкости сети до наперед заданного значения, затем уменьшают значение тока до такой величины, чтобы среднее значение напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети оставалось постоянным, запоминают эти значения тока и напряжения, затем повторяют эти операции с изменением направления тока источника регулируемого постоянного тока, запоминают новые значения тока и среднего напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети и обрабатывают результаты измерений по формуле, вычисляя величину сопротивления изоляции сети.

От прототипа изобретение отличается тем, что в сетях любого рода тока под напряжением или обесточенных и изолированных от «земли» к контролируемой сети подключают источник регулируемого постоянного тока, производят заряд емкости сети до наперед заданного значения, затем уменьшают значение тока до такой величины, чтобы среднее значение напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети оставалось постоянным, запоминают эти значения тока и напряжения, затем повторяют эти операции с изменением направления тока источника регулируемого постоянного тока, запоминают новые значения тока и среднего напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети и обрабатывают результаты измерений по формуле, вычисляя величину сопротивления изоляции сети.

На фиг.1. приведена схема устройства, поясняющая принцип действия предлагаемого способа, а на фиг.2 и на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ (на фиг.2а - напряжение фаз контролируемой сети в случае симметрии сети, на фиг.2б - напряжение на выходе блока подключения при его реализации в виде схемы Ларионова, на фиг.3а - напряжение на выходе блока фильтрации, а на фиг.3б - ток воздействия на сеть.

Устройство состоит из блока управления 1, блока регулируемого постоянного тока 2, блока подключения 3, контролируемой сети 4, блока фильтрации и измерения напряжения 5, блока обработки результатов и индикации 6. Причем выходы блока регулируемого постоянного тока 2 подключены ко входу блока подключения 3 и ко входу блока обработки результатов и индикации 6, выходы блока подключения 3 подключены к контролируемой сети 4 и ко входу блока фильтрации и измерения напряжения 5, выходы которого подключены ко входу блока обработки результатов и индикации 6 и входу блока управления 1, выход которого подключен ко входу блока регулируемого постоянного тока 2.

Блок подключения 3 представляет собой трехфазный выпрямительный мост, собранный по схеме Ларионова (на фиг.1 не показан), три входа которого подключены к фазам контролируемой сети 4, средняя точка нагрузки - к блоку фильтрации и измерения напряжения 5, а выходы выпрямителя - к блоку регулируемого постоянного тока 2.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Напряжение на входе блока фильтрации и измерения напряжения 5 в общем случае содержит переменную составляющую, определяемую переменным напряжением контролируемой сети, и постоянную составляющую, если контролируемая сеть является сетью двойного рода тока. Причем значения этих составляющих определяются параметрами контролируемой сети и степенью ее несимметрии. На выходах блока фильтрации и измерения напряжения содержится лишь среднее значение (постоянная составляющая) этих напряжений. Блок управления 1 подключает блок регулируемого постоянного тока 2 через блок подключения 3 к контролируемой сети 4 и происходит процесс заряда эквивалентной емкости контролируемой сети до наперед заданного значения U _зад. Поскольку зарядный ток велик, то время достижения заданного напряжения t₁ мало и по достижении этого заданного значения напряжения уменьшают значение тока блока регулируемого постоянного тока 2 до такой величины I ₁, чтобы среднее значение напряжения U₁ оставалось постоянным. Запоминают эти значения тока I ₁ и напряжения U₁ в блоке обработки результатов и индикации 6. Затем с помощью блока управления 1 изменяют направление тока, формируемого блоком регулируемого постоянного тока 2, и повторяют описанные выше операции. Запоминают в блоке обработки результатов и индикации 6 новое значение среднего напряжения U₂, на выходе блока фильтрации и измерения напряжения 5 величину тока I₂ , необходимую для поддержания постоянным напряжения U ₂ на выходах блока фильтрации и напряжения 5.

В блоке обработки результатов и индикации 6 происходит обработка результатов измерений напряжений U₁ и U ₂ и токов I₁ и I₂ , которая заключается в следующем.

Вычисляют разности напряжений U=U₁-U₂ и токов I=I ₁-I₂. Очевидно, что напряжения U ₁ и U₂ содержат две составляющие. Первая U_ПОМ определяется напряжением контролируемой сети и ее несимметрией, а вторая U_ЗАД - наперед заданным значением напряжения за счет воздействия тока блока регулируемого постоянного тока 2 такой величины I ₁ или Iзад, которая поддерживает постоянным напряжения U₁ и U₂ на выходах блока фильтрации и измерения напряжения 5.

Причем U ₁=U_ПОМ+U_ЗАД , a U₂=U_ПОМ-U _ЗАД, т.к. эти значения получены при разных направлениях токов блока регулируемого постоянного тока 2.

Токи I ₁ и I₂ обеспечивают изменение напряжения на выходах блока фильтрации и изменения напряжения 5 на величину U_ЗАД.

Причем I₁ =I_ЗАД, a I₂=-I _ЗАД,

U=U₁-U ₂=2U_ЗАД, а I=I₁ -I₂=2I_ЗАД,

U_ЗАД=I_ЗАД·R _ИЗ.

Далее вычисляют эквивалентное сопротивление изоляции контролируемой сети

Нетрудно видеть, что и при разных значениях токов I₁ и I₂ разность напряжений U₁ и U₂ , соответствующая этим токам и поделенная на разность этих токов, будет определять эквивалентное сопротивление изоляции контролируемой сети.

Таким образом, технический результат заключается в том, что данный способ обеспечивает меньшую погрешность и время измерения.