Способ автоматического контроля изоляции источников постоянного тока относительно корпуса и относительно друг друга и устройство для его реализации

Способ автоматического контроля изоляции источников постоянного тока относительно корпуса и относительно друг друга и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется для контроля сопротивления изоляции шин питания гальванически развязанных источников постоянного тока относительно корпуса и между собой.

Известен способ определения сопротивления изоляции цепей постоянного тока относительно корпуса, заключающийся в том, что группы исследуемых цепей поочередно подключают к источнику напряжения U постоянного тока через измерительный резистор R1, выполняют измерение напряжений ΔU на резисторе R1, определяют сопротивление изоляции цепи по формуле R_изол=R1(U/ΔU-1). Исследуемые цепи поочередно подключают к источнику постоянного тока через измерительный резистор R1, при этом каждая исследуемая цепь участвует в двух измерениях: сначала в составе строки матрицы, а затем в составе столбца матрицы; на основе анализа результатов измерений определяют цепи с пониженным сопротивлением изоляции относительно корпуса, причем выдача команд, измерение напряжений, вычисление сопротивления изоляции и формирование результатов контроля осуществляется с помощью программного модуля (патент РФ №2503963, БИПМ №23, опубл. 10.01.2014).

Недостатками данного способа являются невозможность контроля изоляции между источниками постоянного тока и невозможность достоверного контроля изоляции при нахождении проверяемых цепей под напряжением. Последнее обусловлено тем, что ток в измерительной цепи зависит от значения напряжений контролируемых источников постоянного тока, а также от соотношения изоляции по минусовой и плюсовой цепям источников постоянного тока. Это вносит погрешность в измерение сопротивления изоляции.

Известен также способ автоматического контроля сопротивления изоляции шин источников постоянного тока на корпус, заключающийся в том, что вначале определяют отсутствие короткого замыкания на корпус, для чего выполняют два измерения корпусного тока между общей минусовой шиной и корпусом: с включением в цепь измерителя тока ограничивающего резистора и затем с добавлением в цепь контрольного источника постоянного напряжения. По величине разницы токов судят о наличии коротко замкнутых цепей контролируемых источников питания с корпусом. При отсутствии короткого замыкания производят два измерения корпусного тока между общей минусовой шиной и корпусом с включением в цепь измерителя тока контрольного источника постоянного напряжения и без него, вычисляя эквивалентное сопротивление по разнице измеренных токов и величине напряжения контрольного источника (патент РФ №2391679, БИПМ №16, опубл. 10.06.2010).

Недостаток данного способа - технически сложная реализация устройств контроля развязанных между собой источников питания, необходимость проведения четырех измерений для контроля одной цепи.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока, основанный на подключении к полюсам цепи постоянного тока цепей резисторов, состоящей из последовательно соединенных одинаковых резисторов, включении в место соединения резисторов между собой первого конца измерительной цепи, состоящей из последовательно включенных источника измерительного напряжения и измерителя тока, подключении второго конца измерительной цепи к элементу заземления, определении измерительного тока в измерительной цепи, включении источника измерительного напряжения то в одной полярности, то в противоположной, определении абсолютных по величине значений измерительного тока, вычислении эквивалентного измерительного тока как половины суммы двух абсолютных по величине значений измерительного тока, измеренных последовательно во времени при разных полярностях измерительного напряжения, определении эквивалентного сопротивления цепи равных по величине резисторов как половину величины сопротивления одного резистора, делении величины напряжения измерительного источника на величину эквивалентного измерительного тока и вычитании от значения, полученного в результате этого деления, величины эквивалентного сопротивления в цепи резисторов (патент РФ №2384855, БИПМ №8, опубл. 20.03 2010).

Недостатком данного способа является ограничение по применению. Это обусловлено тем, что при напряжении измерительного источника менее половины напряжения сети постоянного тока не обеспечивается достоверность контроля. Появляется дополнительная погрешность измерения, которая зависит от значения напряжения цепи постоянного тока. Измерение изоляции малыми напряжениями в эксплуатации, как правило, оговаривается техническими заданиями на проектирование аппаратуры.

Недостатками устройства, предложенного для реализации данного способа контроля изоляции являются отсутствие функции тестирования исправности устройства, отсутствие интерфейса удаленного пользователя, отсутствие возможности контроля сопротивления изоляции нескольких источников постоянного тока относительно корпуса, а также относительно друг друга.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения значений сопротивления изоляции относительно корпуса, причем величина измерительного напряжения может быть меньше половины величины напряжения контролируемого источника постоянного тока, возможность контроля изоляции шин нескольких гальванически развязанных источников постоянного тока как относительно корпуса, так и между собой как в выключенном, так и во включенном состоянии.

Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока основан на подключении к полюсам источника постоянного тока 3 цепи резисторов, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов 1 и 2 с одинаковой величиной сопротивления (R₀), включении в место соединения резисторов между собой первого конца измерительной цепи 4, состоящей из последовательно включенных источника измерительного напряжения 5 и измерителя тока 6, подключении второго конца измерительной цепи к элементу заземления, определении эквивалентного сопротивления цепи резисторов (R_экв), как половину значения сопротивления одного резистора 1 или 2 (R₀/2), в измерительную цепь 4 включают источник измерительного напряжения 5 с одним значением напряжения, величина которого может быть равна нулю (U1), затем с другим, отличным от нуля (U2), и определяют значения измерительных токов I1 и I2 для двух значений измерительных напряжений U1 и U2, вычисляют алгебраическую разность измерительных напряжений, делят ее на алгебраическую разность измеренных токов и из результата деления, взятого по модулю, вычитают значение эквивалентного сопротивления R_экв, измерительную цепь 4 для измерения сопротивления изоляции между двумя гальванически развязанными источниками постоянного тока, подключают между местами соединения двух цепочек резисторов 1 и 2 с одинаковыми величинами сопротивлений R₀, включенных между полюсами соответствующих источников постоянного тока 3, при этом вычитаемое эквивалентное сопротивление R_экв равно номинальному значению сопротивлений резисторов цепочек R₀.

Способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного реализуется в устройстве, содержащем цепочку из одинаковых резисторов 1 и 2, включенных последовательно, подключаемую к полюсам источника постоянного тока 3 для измерения его сопротивления изоляции относительно корпуса, измерительную цепь 4, состоящую из последовательно включенных источника измерительного напряжения 5 и датчика тока 6, а также коммутатора измерительного напряжения 7, имеющего вход управления, контроллера 8 с аналоговым входом, подключенным к датчику тока 6 и выходом контроллера 8, имеющим электрическую связь с входом управления коммутатора измерительного напряжения 7, два коммутатора 9 и 10, каждый из которых имеет n+1 вход, один выход и вход управления, резистор 11, подключенный между n+1 входом первого коммутатора 9 и n+1 входом второго коммутатора 10, который соединен с корпусом, устройство последовательного интерфейса 12, выходом подключенное к аппаратуре пользователя, а входом к вновь образованному выходу контроллера 8, кроме этого, введены n-1 дополнительных цепочек последовательно соединенных резисторов 1 и 2, аналогичных упомянутой выше цепочке, при этом все n цепочек подключены к соответствующим полюсам цепей постоянного тока 3, a n мест соединений резисторов подключены соответственно к n входам введенных коммутаторов 10 и 11, входы управления которых подключены к выходу управления коммутаторов контроллера 8, измерительная цепь 4 подключена между выходами введенных коммутаторов 9 и 10, а упомянутый ранее коммутатор измерительного напряжения 7 своим выходом подключен параллельно источнику измерительного напряжения 5.

Работа устройства по предложенному способу контроля изоляции

При получении команды на начало измерения сопротивления шин источников постоянного тока 3 программный модуль проводит проверку коммутаторов 9 и 10. Для этого происходит одновременное замыкание одноименных входных цепей. При этом происходит короткое замыкание измерительной цепи 4 и проверяется отсутствие неисправностей. После этого, контроллер 8 при помощи коммутатора 9 подключает к измерительной цепи 4 диагностический резистор 11, проводит измерение его сопротивления и сравнивает его значение с заранее известным номиналом, таким образом тестируется устройство.

После проверки работоспособности устройства начинается поочередное измерение сопротивлений изоляции относительно корпуса контролируемых источников постоянного тока 3, для чего при помощи коммутатора 9 к измерительной цепи 4 коммутируется цепь, подключенная к первому входу коммутатора 9, затем ко второму и т.д. При этом измерение сопротивления изоляции относительно корпуса проходит в два этапа: вначале при помощи датчика тока 6 определяется величина тока утечки (I1) при замкнутом источнике измерительного напряжения 7 (U1=0), затем определяется величина тока утечки (I2) при включенном источнике измерительного напряжения (U2≠0). После измерения токов утечки вычисление сопротивления изоляции производится по формуле

где R₀ - величина сопротивления резисторов 1 и 2.

После измерения сопротивления изоляции каждой цепи контроллер сохраняет данные в памяти.

По окончании измерения сопротивления изоляции n цепей относительно корпуса контроллер, подключая к измерительной цепи 4 при помощи коммутаторов 9 и 10, начинает измерять сопротивление изоляции контролируемых цепей n источников постоянного тока 3 между собой.

Поочередное измерение сопротивления изоляции источников постоянного тока 3 между собой также проводится в 2 этапа: вначале при помощи датчика тока 6 определяется величина тока утечки (I1) при замкнутом источнике измерительного напряжения 7 (U1=0), затем определяется величина тока утечки (I2) при включенном источнике измерительного напряжения (U2≠0). После измерения токов утечки вычисление сопротивления изоляции производится по формуле

По окончании измерения сопротивления изоляции n источников постоянного тока относительно корпуса и между собой устройство транслирует результаты измерений по последовательному интерфейсу 12 в аппаратуру пользователя.

После завершения цикла измерения контроллер по заданным интервалам начинает новый цикл измерения, при этом тестирование и проверка неисправностей может не проводиться. Этот процесс повторяется до снятия питания с устройства. Циклограмма работы контроллера может корректироваться из аппаратуры пользователя, адаптируя ее к изменяющимся условиям эксплуатации.

Функция тестирования устройства контроля изоляции и наличие интерфейса для удаленного пользователя очень важны для автоматической аппаратуры, размещенной в труднодоступных или недоступных в процессе эксплуатации местах. Тестирование канала измерения позволяет в случае неисправности отключить устройство и включить резервное, а анализ информации, поступающей пользователю автоматически, позволяет определить деградацию изоляции, ее скорость и предотвратить эксплуатацию контролируемой аппаратуры при снижении изоляции менее допустимых значений с целью предотвращения аварийных ситуаций.

1. Способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока, основанный на подключении к полюсам цепи постоянного тока цепи резисторов, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов с одинаковой величиной сопротивления, включении в место соединения резисторов между собой первого конца измерительной цепи, состоящей из последовательно включенных источника измерительного напряжения и измерителя тока, подключении второго конца измерительной цепи к элементу заземления, определении эквивалентного сопротивления цепи резисторов, как половину значения одного резистора, отличающийся тем, что в измерительную цепь включают источник измерительного напряжения с одним значением напряжения, величина которого может быть равна нулю, затем с другим, отличным от нуля, и определяют значения измерительных токов для двух значений измерительных напряжений, вычисляют алгебраическую разность измерительных напряжений, делят ее на алгебраическую разность измеренных токов и из результата деления, взятого по модулю, вычитают значение эквивалентного сопротивления, измерительную цепь для измерения сопротивления изоляции между двумя гальванически развязанными источниками постоянного тока подключают между местами соединения двух цепочек резисторов с одинаковыми величинами сопротивлений, включенных между полюсами соответствующих источников постоянного тока, при этом вычитаемое эквивалентное сопротивление равно номинальному значению сопротивлений резисторов цепочек.

2. Устройство для осуществления способа, содержащее цепочку из одинаковых резисторов, включенных последовательно, подключаемую к полюсам источника постоянного тока для измерения его сопротивления изоляции относительно корпуса, измерительную цепь, состоящую из последовательно включенных источника измерительного напряжения и датчика тока, а также коммутатора измерительного напряжения, имеющего вход управления, контроллера с аналоговым входом, подключенным к датчику тока и выходом контроллера, имеющим электрическую связь с входом управления коммутатора измерительного напряжения, отличающееся тем, что в него введены два коммутатора, каждый из которых имеет n+1 вход, один выход и вход управления, резистор, подключенный между n+1 входом первого коммутатора и n+1 входом второго коммутатора, который соединен с корпусом, устройство последовательного интерфейса, выходом подключенное к аппаратуре пользователя, а входом к вновь образованному выходу контроллера, кроме этого, введены n-1 дополнительных цепочек последовательно соединенных резисторов, аналогичных упомянутой выше цепочке, при этом все n цепочек подключены к соответствующим полюсам цепей постоянного тока, а n мест соединений резисторов подключены соответственно к n входам первого и второго введенных коммутаторов, входы управления которых подключены к выходу управления коммутаторов контроллера, измерительная цепь подключена между выходами введенных коммутаторов, а упомянутый ранее коммутатор измерительного напряжения своим выходом подключен параллельно источнику измерительного напряжения.