CN1064948A - 多功能绝缘监视仪 - Google Patents

Abstract

多功能绝缘监视仪是监视低压中性点不接地供 电系统绝缘状况的仪器，由检测装置、比较器、报警装 置和电源组成。检测装置与比较器间设有有源滤波 器，报警装置由逻辑电路、声、光报警器构成，比较器 基准信号端接可调式基准电路，电源有三组构成，并 通过不同功能的接插件组合成不同场合所需的监视 仪。具有结构简单、体积小、耗电省、使用安全和可靠 等优点，既适用交流负载，又适用于带有直流负载系 统的绝缘性能监视。

Description

本发明是一种用予低压中性点不接地供电系统的绝缘监视仪，属于供电系统绝缘性能监视技术领域。

现有的低压供电系统普遍采用中性点接地系统，该系统一旦一相接地，短路电流大，容易引起火灾、爆炸灾害及人身因触电而死亡等事故。对供电安全要求高的单位（例如医院、化工厂、棉纺织厂等）可采用中性点不接地供电系统，这种系统的接地电流很小，但是，由于中性点不接地供电系统的接地电流微小，往往不容易察觉，一相接地后，几天乃至更长时间不能及时发现和处理，造成另外两相电压升高，引起产生危险的可能性。

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于低压中性点不接地供电系统的绝缘监视仪，使其绝缘性能还未下降到完全损坏程度（即还没有形成完全接地）时就给以预告，防患于未然。

本发明由检测范置、比较器、报警装置和电源组成，其特点是检测装置与比较器之间设有有源滤波器，电源对检测装置、比较器、报警装置和滤波器分别供电，报警装置由逻辑电路、光报警器和声报警器构成，在比较器的一个输入端接有基准电路。为了便于根据不同环境要求调节绝缘数值和报警门限，基准电路采用可调式基准电路。为便于及时处理触电等特殊情况，仪器可以设置快速检测器。为了能定期检验仪器是否正常工作，可在仪器中设置实验装置，从而可以在线路正常运行的情况下，对仪器进行检验。

本发明除能监视交流负载的绝缘状况以外，还能对电源线路上装设的整流设备进行监视，当整流设备的正极或负极接地时，本发明能对其有选择的显示和报警。在整流装置功率较大时，仪器设有自身保护装置，以免整流接地时可能给仪器带来的损坏。在电源线路上只有整流电源所带的整流负载时，本发明可作为有选择的交直流接地显示和报警装置。

本发明与现有技术相比，具有结构简单、体积小、耗电少、使用安全和可靠等优点。该仪器可以随时告知供电系统的绝缘性能状况，并可及时提醒电气技术人员检查事故隐患。即使是有一相接地时，供电线路可以不中断供电，值班人员可以在方便的时候停电检修，这对医院手术室等不能随时停电的用电单位是很重要的，对予那些必须使用整流装置的企事业单位，该仪器提供了采用中性点不接地系统的检测手段，在整流测接地时，不仅可以声光报警，而且可以由二只发光二极管来分别显示是直流电源的哪一侧接地。同时，还可以通过通电延时和断电延时继电器组自动控制保护电阻接入检测回路，用以限制因直流接地而在检测回路中形成的干扰直流电压的影响。当零线或火线接地时，报警装置立即发生报警信号，使仪器的红灯闪亮、电铃发出报警声。如果值班人员不便予立即检修，还可以按动停声按钮，使电铃停声，而使闪烁的红灯变为常亮，表明事故尚未解除。只有当事故排除后，红灯才熄灭，仪器恢复到正常工作状态。

图1为本发明的结构方框示意图;图2为本发明的主电路原理图;图3为逻辑电路控制的报警装置电路原理图;图4为继电器控制的报警装置电路原理图;图5为快速检测器电路原理图;图6为具有直流负载的检测报警装置电路原理图;图7为具有仪器保护功能的直流负载检测报警装置电路原理图;图8为具有可调式仪器保护功能的直流检测报警显示器。

本发明可采用如图所示的实施方案实现。图1中的检测装置（1）可由图2中的电阻R₁₁、R₂₁、R₃₁感抗线圈L₁、电容C₁₁、电流表（KΩ）和取样电位器W₁₁以及W₂₁构成，具有大感抗的L₁接在线路人为中性点和接地线之间，通过电流表的电流大小取决予线路对地的绝缘电阻的大小，为了能直接读出绝缘电阻的大小，电流表按电阻的数值刻度表示，即为KΩ表。检测装置（1）通过开关K₁、K₂、K₃和K₄按入所监视的线路电力变压器B₁的副边。电源（6）由变压器B、整流电路、滤波电路和三端稳压集成块7812、7912、7824、7924构成，电源可分为三组，其中E₁提供-12伏和+12伏电压，E₂提供-24伏，E₃提供+24伏电压。有源滤波器（2）可由射极跟随器、二阶有源滤波器、减法器、高次谐波滤波器构成，电路如图2所示，集成块IC₁₁、IC₂₁、IC₃₁、IC₄₁可采用LM324、2×5G353或μA747电路。基准电路（3）可由集成块IC₆₁、IC₇₁、稳压二极管D₁₁、电阻、电位器W₃₁、W₄₁和W₅₁构成，IC₆₁、IC₇₁可采用LM324电路。比较器（4）可采用迟滞电压比较器5G353组成，如图2所示的IC₈₁;IC₅₁组成跟随器，可采用LM324电路;比较器输出的信号经过放大器控制继电器J₁，放大器的晶体管T₁₁可采用3DG6或3DK₂，继电器J₁可采用JRC-5M，J₁的信号输入到报警装置。为了检验仪器是否正常工作，本发明设有实验装置，它可由按钮SB₁和电阻R₄₁串连构成，当供电线路处予正常工作状态时，按下按钮SB₁，仪器即可发出报警信号，松开按钮SB₁，仪器又恢复正常工作状态。图2中的FU为保险丝，K₁、K₂、K₃、K₄和K₅为开关，HLO为（电源）指示灯，D₂₁为两个反向串接的稳压管，D₃₁为二极管，R₁₁、R₂₁……R₂₃₁为电阻，C₁₁、C₂₁……C₆₁为电容，括号①、②……（13）与其它附图的相应标号相连接。检测报警插件接口（5）可用来与各种检测报警插件连接，图3所示的报警装置可由逻辑电路、光报警器和声报警器组成，电路如图3所示，也可以由继电器、光报警器和声报警器组成，电路如图4所示。图3和图4中的“～”表示外接或与仪器内部连接的380伏或220伏交流电源。图3中的电阻R₁₂₂、R₁₃₂、R₁₄₂、R₁₅、R₁₅₂、电容C₆₂、C₇₂和二极管D₅₂、D₆₂组成送入信号门，继电器J₁输出的信号经送入信号门输入到逻辑电路，逻辑电路由IC₁₂、IC₂₂、IC₃₂、IC₄₂、IC₅₂和IC₆₂构成，它们可采用5G601集成块组成，逻辑电路输出信号-路径晶体管T₂₂放大后控制双向可控硅BCR是否导通，从而实现红色何号灯HL_RD是否报警。

逻辑电路输出的另一路信号控制反相器（在5G605中）输出高电平，推动T₁₂导通，使J₂吸合，接通电铃发出声报警。T₁₂可采用3DG_130B，J₂可采用JQX-4F，T₂₂采用3CG_14C。环形振荡器主要由5G₆₀₅集成块中的反相器配以电阻、电容构成，产生频率大约1～2秒的振荡信号。当电气信备的绝缘性能降低到允许的最低绝缘电阻值时，测量回路中就有一个与之相应的电流值，这一方面可以通过电流表指示出来，另一方面在取样电位器上形成一个电压信号，它与交流信号叠加在一起，经有源滤波器取出其直流信号，输入到比较器与基准信号比较，使电路状态翻转，输出高电平，推动晶体管T₁₁导通，使J₁吸合，给逻辑电路送入一个“1”状态。这时，逻辑电路在环形振荡器所产生的振荡信号控制下，输出信号不断变化，使双向可控硅时开时断，红色信号灯HL_RD发出闪光。同时晶体管T₁₂导通，使继电器J₂吸合，电铃HA发出声报警。图3中的D₁₂、D₃₂、D₄₂、D₅₂、D₆₂为二极管，D₂₂为稳压管，R₁₂、R₂₂……R₁₁₂为电阻，C₁₂、C₂₂……C₅₂为电容，SB₁₂为确认按钮，按动SB₁₂可以控制逻辑电路的输出信号，借以关断声报警。同时，使光报警的闪光信号变为常亮，事故解除后，仪器变为常态。SB₂₂为动试按钮，用来试验报警电路能否正常工作。

为了在环境条件较差的情况下，像在有害性气体或在空气潮湿的场所使用时，做到尽量减少电子元件，简化电路结构，也为了维修方便，报警装置可采用图4所示的电路，它由继电器J₃和J₄、二极管D₁₃和D₂₃、光报警红色信号灯HL_RD、声报警电铃HA和按钮SB₁₃构成，J₃可采用JTX-3，J₄可采用JTX-1，HA可采用UC₄-75/380V。

为了能使仪器及时而迅速地反映线路绝缘性能状况，本发明可设置快速检测器。电路如图5所示，它由模数转换器编码电路和译码显示电路组成，图中集成电路IC_1～7组成电压比较器，可采用J₁₃₉或LM324电路实现;IC_8～13组成编码电路，可采用5G604、5G607电路实现;译码电路可由4块5G603电路构成，信号灯HL_1～8显示出线路绝缘性能的不同状况。图中D_1～7为7对两个稳压管反向串接的稳压管，R₁₄、R₂₄……R₂₃₄为电阻，Q₁、Q₂、Q₄表示输出端。

为了使本发明能适用于既有交流负载、又带有由整流电源供电的直流负载的线路检测，本发明可增设直流负载检测报警显示器，其电路如图6所示。它由比较器LM393、晶体管T₁₅和T₂₅、二极管D₁₅和D₂₅及D₃₅、发光二极管D₄₅和D₅₅、继电器J₅和J₆、电阻R₁₅、R₂₅、R₃₅、R₄₅组成，其中T₁₅和T₂₅可采用3DG6，J₅和J₆可采用JRC-5M，两个比较器采用异相结构，即基准信号取值不同，一个送到同相端，另一个送入反相端;比较信号虽是同一个信号，但一个输入同相端，另一个输入反相端。

在整流电源电压较高的情况下，其一个极接地时，一般会在测量回路中形成一个干扰直流电压，为了防止它对仪器可能带来的不利影响，本发明还增设具有仪器保护功能的直流检测报警显示器，其电路如图7所示。它在图6所示的电路基础上增加了测量回路限流装置，并采用迟滞电压比较器。该装置由通电延时继电器KT₁₆、继电延时继电器KT₂₆和限流电阻构成。集成块IC₁₆、IC₂₆可采用5G353电路，晶体管T₁₆、T₂₆可采用3DG₆，继电器J₇、J₈可采用JRC-5M，KT₁₆、KT₂₆可采用JS₇-A，D₁₆、D₂₆为稳压管，D₃₆、D₄₆为二极管，D₅₆、D₆₆为发光二极管，R₁₆、R₂₆……R₁₃₆为电阻，C₁₆和C₂₆为电容。

为了使仪器能适用于不同整流电源电压的场合，本发明设置了具有可调式仪器保护功能的直流负载检测报警显示器，其电路如图8所示。它在图7所示的电路基础上增加一组继电器，构成可调式保护装置。该装置由延时继电器KT₁、KT₂、KT₃、KT₄和调节电位器W₁₇、W₂₇构成。上迟滞比较器IC₁₇和下迟滞比较器IC₂₇所推动的继电器J₉和J₁₀分别控制一组通电延时和断电延时继电器，KT₁常闭触点（非延时）与另一组中KT₃的延时断开触点（通电延时）串接在一起，KT₃的非延时触点与KT₁的常闭延时断开触点串接在一起。集成块IC₁₇和IC₂₇可采用5G353电路，晶体管T₁₇、T₂₇可采用3DG6，继电器J₉、J₁₀可采用JRC-5M，延时继电器KT₁、KT₂、KT₃和KT₄可采用JS₇-A，D₁₇和D₂₇为二极管，D₃₇和D₄₇为稳压管，D₅₇和D₆₇为发光二极管，R₁₇、R₂₇……R₁₂₇为电阻，C₁₇和C₂₇为电容。

为了使仪器能适应不同场合的不同使用要求，本发明采取插件式结构，图2所示的主电路固定在机架上，图3～图8所示的各块电路均为接插式，这样可根据需要进行组合。

（一）、测量变压器副边线电压为380伏时：

开关K₁→1，K₂→3，K₅→1

（1）、负载基本上是交流负载的情况下。K₃→2，K₄→4，此时只要由主电路和图3所示的电路插件1组合，就能进行绝缘性能检测。如果需要快速测量，则只要将K₄→3，再插入如图5所示的快速检测器电路插件3，就能进行快速检测。快速检测器使主电路中的电容C₁₁和KΩ表断开，显示部分由三部分组成：一是模数转换，它把与绝缘电阻成反比关系的模拟量转换成相应的数字量;二是将数字量送入编码电路;三是编码电路输出信号送至译码电路推动显示灯的通或断，借以表示绝缘电阻所在的范围。

（2）负载既有交流负载，又带有由整流电源供电的直流负载时：

如果整流电源功率较小，则使K₃→2，K₄→3，在主电路、插件1和插件3的基础上，再插入图6所示的电路插件4，插件4由两个异相比较器构成。当直流电源两个极不接地时，直流电源工作正常，快速检测器显示出交流负载的绝缘状态。当绝缘电阻值低于事先调定的数值时，仪器发出报警信号。当直流电源的两个极分别接地时，一个极接地会使主电路测量回路电流增加，而另一个极接地会使主电路测量回路电流减小，甚至反向。在这两种情况下，主电路测量回路中加进了干扰，不过它是有规律的，比较信号是一个远大于正常情况，另一个远小于正常情况。当比较信号远大于正常情况下的信号时，同相比较器输出高电平，推动三极管T₁₅导通，使继电器J₅吸合，其常开触点闭合;由于发光二极管D₄₅串联-个限流电阻R₁₅接于正电源和J₅常开触点的一端之间，而J₅常开触点的另一端与参考点相连，所以发光二极管D₄₅发光，与此同时，主电路迟滞电压比较器的比较信号使其翻转，推动继电器吸合，发出报警信号，表明直流一侧发生事故，直到事故解除后才恢复常态。当比较信号远小于正常情况的信号时，这信号加到反相比较器的反相端，当这一信号低于同相端的基准信号时，比较器输出高电平，使晶体管T₂₅导通，继电器J₆吸合，使发光二极管D₅₅发光。表明直流电源的另一极接地了。如果有报警信号而发光二极管不发光，表明是交流侧有问题，这时快速检测器的显示灯亮，从而判断绝缘性能状况。

如果整流电源电压很高，这时K₃→1，K₄→3，需将插件4换成如图7所示的电路插件5。在这种情况下，直流一侧接地给测量回路造成的干扰电流大，可能损坏检测仪器。为了避免检测仪器损坏，插件5中设有测量回路电流限制装置。该装置主要由通电延时继电器KT₁₆和断电延时继电器KT₂₆构成。当使主回路电流增大的直流电源侧接地时，上迟滞比较器翻转，发光二极管D₅₆发光，J₇吸合，同时接通KT₁₆和KT₂₆，KT₂₆得电后，其失电延时断开触头瞬间闭合，为KT₁₆延时触头得电后延时断开准备了条件，避免了KT₁₆延时触头断开，串入电阻时可能出现测量回路短暂断路的可能和带来的问题。经过一段可以调整的时间之后，KT₁₆延时触头断开，这样就可以使测量回路不断路而安全地串入限流电阻。与此同时，主电路比较器翻转，发出报警信号，表明事故出处，当事故解除后，J₇释放，KT₁₆、KT₂₆同时失电，不过KT₁₆的延时触头失电时瞬时闭合，而KT₂₆延时触头失电时则延时一段时间才断开，避免测量回路可能出现短暂断路现象。当直流电源另一端（极）接地时，下迟滞比较器动作也给测量回路串入限流电阻，同时发出警报及显示信号。与上述情况不同之处在于这时主电路比较器不动作，报警信号是由J₈给出的。这里采用迟滞比较器的目的是为了保证比较信号接近基准值时可靠翻转。当直流电源侧不出现接地故隙时，交流负载的绝缘状况由快速检测器显示，由主电路比较器控制报警。

当整流电源电压较高时，为了方便地调整直流电源二个极分别接地时所应串入测量回路中限流电阻值的大小，这时只需将插件5取下，换上图8所示的电路插件6即可。插件6与插件5的不同之处在于：插件6的上迟滞比较器与下迟滞比较器所推动的J₉和J₁₀分别控制着一组通电延时和断电延时继电器。KT₁常闭触点（非延时）一定要与另一组中KT₃的延时断开触点（通电延时）串在一起。同理，KT₃的非延时触点与KT₁常闭延时断开触点串接在一起。

（3）、负载只有直流负载时，也可分为三种情况：

当整流电源功率较小时，K₃→2，K₄→3，只要主电路和插件1、插件4组合即可。这时应将主电路比较器的基准电压相应提高（通过转动电位器实现），提高到交流侧有接地时所产生的比较信号与之比较，主电路迟滞比较器翻转。在这种情况下，仪器执行交、直流接地报警显示功能。

当整流电源电压很高时，K₃→1，K₄→3，只要主电路、插件1和插件5组合即可。这时相应提高主电路比较器的基准电压，使其在交流侧有接地或按“实验”按钮时能翻转即可。

当整流电源电压较高时，K₃→1，K₄→3，只要主电路、插件1和插件6组合即可。同样应注意相应提高主电路比较器的基准电压。

（二）、测量变压器副边线电压为220伏时，K₁→1，K₂→4，K₅→2。由于测量回路电抗器的一部分线圈被短路，应该相应改变W₁₁串入测量回路中的阻值，借以保证仪器的交、直流内阻。这种情况仍然可以分成以下各种情况：

（1）、负载主要是交流负载的情况;（2）、负载既有交流又有直流负载的情况;（3）、负载只有直流负载的情况。各种情况的插件组合和所实现的功能与测量380伏（一）类同，单相220伏的情况也如此。

（三）、测量单相变压器副边220伏时，K₁→2，K₂→4，K₅→2。这时，联接电阻R₂₁、R₃₁经过开关应与单相源变压器副边相接。由于只有两只连接电阻与线路相联，测量回路的电抗线圈一部分被短路，应调节W₁₁的阻值，以便得到理想的交、直流内阻。这种情况仍然可以分成负载基本上为交流负载，负载既有交流又有直流负载，负载只有直流负载等情况。

对于负载只有直流负载，整流电源功率较小，而且接地电流很小、供电范围不大、仪器距工作地点不远、对安全要求不是太高的情况下，可以考虑不要声报警。以上情况的测量线路，可以不用插件1。同时，将主电路中迟滞电压比较器的基准电压提高，将插件4的上比较器的基准电压适当降低，使其在交流一相接地时能翻转。当发光二极管D₄₅亮时，有二个可能：一是直流的一个极接地;二是交流接地，而在发光二极管D₅₅亮时，只表明直流的另一个极接地。只要利用J₁的一个常开触点，在J₁常开触点的一端到正电源之间增接一只发光二极管并由电阻限流，就能很容易地将以上所述的二个可能分开，也就是把交流、直流接地显示分开，这时，应相应改变主电路比较器的基准信号。这样就可根据发光二极管的发光情况判断交、直流电源接地的各种情况。

Claims (10)

1、一种用于低压中性点不接地供电系统的多功能绝缘监视仪，由检测装置、比较器、报警装置和电源组成，其特征在于检测装置与比较器之间设有有源滤波器，电源对检测装置、比较器、报警装置和滤波器分别供电，报警装置由逻辑电路、光报警和声报警器构成。

2、根据权利要求1所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于比较器输入端接有可调式基准电路。

3、根据权利要求1或2所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于仪器中设有实验装置，它由按钮SB₁和电阻R₄₁构成。

4、根据权利要求1或2所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于仪器中设有快速检测器，它由模数转换器编码电路和译码显示电路组成。

5、根据权利要求1或2所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于仪器中设有直流负载检测报警显示器，它由比较器、晶体管、二极管、发光二极管、继电器和电阻组成。

6、根据权利要求1或2所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于仪器中设有具有仪器保护功能的直流负载检测报警显示器。它由直流负载检测报警显示器和测量回路限流装置组成，测量回路限流装置由通电延时和断电延时继电器及限流电阻构成。

7、根据权利要求1或2所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于仪器中设置具有可调式仪器保护功能的直流负载检测报警显示器，可调式保护装置由延时继电器KT₁、KT₂、KT₃、KT₄和调节电位器W₁₇、W₂₇构成。

8、根据权利要求1或2所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于仪器的主电路板固定在机架上，其它电路板均为接插件，接插件可根据需要进行组合，并通过转换开关K₁、K₂、K₃、K₄和K₅实现电路转换。

9、根据权利要求8所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于采用开关K₁和K₂实现三相线路与单相线路检测绝缘状况的转换。

10、根据权利要求8所述的多功能绝缘监视仪，其特征在于由主电路和插件1及插件4组合构成交、直流接地报警装置。

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