RU2027271C1

RU2027271C1 - Device for measuring and checking isolation resistance of electric circuit

Info

Publication number: RU2027271C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Покрашенко; К.В. Котов; М.И. Селиванов
Original assignee: Покрашенко Александр Иванович
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device has diode bridge 1 brought into power circuit of the device, current transducer 2 - generator is made as current transducer made on the base of unit with negative differential resistance in form of a megatron -, isolation transformer 4 start-controlling equipment 5. Principle of operation of generator on the base of megatron is the following. At E_в passing through restricting resistor R, the charge is accumulated in capacitor C and voltage increases. When the voltage achieves breakdown voltage of megatron, pulse is generated at output of the circuit. Pulse frequency is determined by speed of charge of the capacitor. Speed of charge is determined by nominal value of restricting resistor: the higher is nominal value of resistor R, the higher is generation frequency. If charge leakage of capacitor is available at the circuit, then at some critical value of resistor R the generation terminates as voltage at capacitor C does not achieve breakdown level of megatron. If isolation resistance of electrical installation is used as current-limiting resistor, then specific generation frequency f_g= F(R_is) will correspond to any value of isolation resistance. Isolation resistance of electrical installation may be measured in electrical circuit by measuring this frequency or by converting the frequency into other physical values. EFFECT: improved reliability of checking; reduced energy consumption. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля и измерения сопротивления изоляции электрической сети с заземленной нейтралью. The invention relates to electrical engineering and can be used to control and measure the insulation resistance of an electrical network with a grounded neutral.

Целью изобретения является повышение надежности контроля и снижение материальных и энергозатрат на его осуществление. The aim of the invention is to increase the reliability of control and reduce material and energy costs for its implementation.

На чертеже показана схема устройства для измерения и контроля сопротивления изоляции электрической сети. The drawing shows a diagram of a device for measuring and monitoring the insulation resistance of the electrical network.

Устройство содержит выпрямительный (диодный) мост 1, датчик 2 тока, разделительный трансформатор 3, исполнительный преобразователь 4 и пускорегулирующую аппаратуру 5, например магнитный пускатель. Кроме того, на чертеже показаны объект 6 контроля (например, электродвигатель) и источник 7 питания (сеть с заземленной нейтралью). The device comprises a rectifier (diode) bridge 1, a current sensor 2, an isolation transformer 3, an actuating converter 4, and ballasts 5, for example a magnetic starter. In addition, the drawing shows the object 6 of the control (for example, an electric motor) and a power source 7 (network with a grounded neutral).

Диодный мост 1 одной выходной диагональю связан с входами негатрона, при этом выводы второй входной диагонали играют роль выводов цепи питания устройства, один из выводов второй диагонали связан с клеммой защищаемого электрооборудования 6, а второй вывод второй диагонали диодного моста через токоограничивающий резистор 8 связан с одним из выводов источника 7 питания. The diode bridge 1 is connected to the negatron inputs by one output diagonal, while the terminals of the second input diagonal play the role of the device power supply circuit, one of the terminals of the second diagonal is connected to the terminal of the protected electrical equipment 6, and the second terminal of the second diagonal of the diode bridge is connected through one current-limiting resistor 8 to one from the conclusions of the power supply 7.

Датчик 2 тока включает в себя негатрон (состоящий из транзистора 9, работающего в лавинном режиме, резисторов 8 и 10 и конденсатора 11), токоограничивающий резистор 12 и первичную обмотку разделительного трансформатора 3. Плюс диодного моста связан с коллектором транзистора 9 и конденсатором 11, минус - с эмиттером транзистора 9, резистором 10 и первичной обмоткой разделительного трансформатора 3. Резистор 10 шунтирует переход база-эмиттер транзистора 9. Параллельно переходу коллектор-эмиттер транзистора 9 подключена последовательная цепь: конденсатор 11 - резистор 12 - первичная обмотка трансформатора 3. The current sensor 2 includes a negatron (consisting of an avalanche transistor 9, resistors 8 and 10 and a capacitor 11), a current limiting resistor 12, and a primary winding of an isolation transformer 3. Plus, the diode bridge is connected to the collector of transistor 9 and capacitor 11, minus - with the emitter of transistor 9, resistor 10 and the primary winding of the isolation transformer 3. Resistor 10 shunts the base-emitter junction of transistor 9. A serial circuit is connected in parallel with the collector-emitter junction of transistor 9: capacitor ator 11 - resistor 12 - the primary winding of the transformer 3.

Принцип работы генератора на негатроне заключается в следующем. При Е_п = const через ограничивающий резистор R на конденсаторе С накапливается заряд и поднимается напряжение. Когда оно достигает напряжения пробоя негатрона, на выходе схемы появляется импульс. Частота импульсов определяется скоростью заряда конденсатора, а она - номинальным значением ограничивающего резистора R; чем выше номинал резистора R, тем ниже частота генерации. Если в схеме существует утечка заряда конденсатора (организованная или естественная), то при некотором критическом значении резистора R генерация прекращается, так как напряжение на конденсаторе С не достигает уровня пробоя негатрона.The principle of operation of a generator on a negatron is as follows. When E _p = const through the limiting resistor R on the capacitor C, the charge accumulates and the voltage rises. When it reaches the negatron breakdown voltage, an impulse appears at the output of the circuit. The pulse frequency is determined by the charge speed of the capacitor, and it is determined by the nominal value of the limiting resistor R; the higher the value of resistor R, the lower the frequency of generation. If there is a leak in the circuit of the capacitor charge (organized or natural), then at a certain critical value of the resistor R, the generation ceases, since the voltage across the capacitor C does not reach the breakdown level of the negatron.

Если в качестве токоограничивающего резистора использовать сопротивление изоляции электроустановки, то каждому значению сопротивления изоляции соответствует определенная частота генерации
f_r = F(R_из).If we use the insulation resistance of an electrical installation as a current-limiting resistor, then each value of the insulation resistance corresponds to a certain generation frequency
f _r = F (R _out ).

Измеряя эту частоту или преобразуя ее в другие физические величины и измеряя их, можно косвенно измерять сопротивление изоляции электроустановки (электрической цепи). By measuring this frequency or converting it to other physical quantities and measuring them, it is possible to indirectly measure the insulation resistance of an electrical installation (electrical circuit).

Функциональное назначение элементов датчика тока. Резистор 8 является токоограничивающим для негатрона (обеспечивает защиту негатрона от чрезмерно большого тока), кроме того, вместе с резистором 10 задает режим работы негатрона (задают уровень сопротивления изоляции, при котором начинается генерация сигналов - работа негатрона). Конденсатор 11 в совокупности с резисторами 8, 10, 12 задает частоту работы негатрона датчика тока. Резистор 12 ограничивает величину тока разряда конденсатора 11. Разделительный трансформатор 3 обеспечивает связь датчика тока с исполнительным преобразователем 4. Конструктивно этот узел представляет собой импульсный трансформатор. Исполнительный преобразователь 4 представляет собой электронное реле (содержащее резисторы 13-17, тиристор 18, светодиод 19, диод 20, транзистор 21, конденсаторы 22, 23, симистор 24 и трансформатор 25), основу которого составляет негатрон (включает в себя транзистор 21, резистор 15-17 и конденсатор 22). Functional purpose of current sensor elements. Resistor 8 is current-limiting for the negatron (it protects the negatron from an excessively high current), in addition, together with resistor 10, it sets the mode of operation of the negatron (they set the level of insulation resistance at which signal generation starts - the negatron is operating). Capacitor 11 in conjunction with resistors 8, 10, 12 sets the frequency of the negatron current sensor. The resistor 12 limits the value of the discharge current of the capacitor 11. The isolation transformer 3 provides a connection between the current sensor and the Executive Converter 4. Structurally, this node is a pulse transformer. Executive converter 4 is an electronic relay (containing resistors 13-17, thyristor 18, LED 19, diode 20, transistor 21, capacitors 22, 23, triac 24 and transformer 25), the basis of which is a negatron (includes transistor 21, resistor 15-17 and capacitor 22).

Вторичная обмотка разделительного трансформатора 3 через выпрямительный диод 26 и токозадающий резистор 27 связана с переходом управляющий электрод - катод тиристора 18 и вторым токозадающим резистором 13. Конденсатор 28 связан с катодом выпрямительного диода 26. Анод тиристора 18 через светодиод 19 связан с выводами резисторов 14 и 17, коллектором транзистора 21, работающего в лавинном режиме, и конденсатором 22. Параллельно переходу коллектор - эмиттер транзистора 21 подключена последовательная цепь: конденсатор 22 - резистор 16 - первичная обмотка трансформатора 25. Второй вывод резистора 17 связан с конденсатором 23 и катодом выпрямительного диода 20. Вторым выводом резистор 14 соединен с первым выводом нормально открытой кнопки К 1, второй вывод которой соединен с базовым резистором 15 и базой транзистора 21. Вторичная обмотка трансформатора 25 подключена параллельно управляющему переходу симистора 24, который включен последовательно с катушкой 29 пускателя 5. Питание сети электронного реле подводится через выводы 30 на анод выпрямительного диода 20 и через вывод, который общим проводом связан с резисторами 13, 15, 16 с конденсаторами 28 и 23, с эмиттером транзистора 21, с вторичной обмоткой трансформатора 3 и первичной обмоткой разделительного трансформатора 25. The secondary winding of the isolation transformer 3 through the rectifier diode 26 and the current-causing resistor 27 is connected to the junction of the control electrode - the cathode of the thyristor 18 and the second current-causing resistor 13. The capacitor 28 is connected to the cathode of the rectifier diode 26. The anode of the thyristor 18 through the LED 19 is connected to the terminals of resistors 14 and 17 , the collector of the transistor 21 operating in an avalanche mode, and a capacitor 22. In parallel with the collector-emitter of the transistor 21, a serial circuit is connected: capacitor 22 - resistor 16 - primary winding tr the transformer 25. The second terminal of the resistor 17 is connected to the capacitor 23 and the cathode of the rectifier diode 20. The second terminal is connected to the first terminal of the normally open button K 1, the second terminal of which is connected to the base resistor 15 and the base of the transistor 21. The secondary winding of the transformer 25 is connected in parallel the control transition of the triac 24, which is connected in series with the coil 29 of the starter 5. The power supply of the electronic relay network is fed through the terminals 30 to the anode of the rectifier diode 20 and through the terminal, which is connected by a common wire n with resistors 13, 15, 16 with capacitors 28 and 23, with the emitter of transistor 21, with the secondary winding of the transformer 3 and the primary winding of the isolation transformer 25.

Функциональное назначение элементов схемы. Резисторы 27 и 13 являются токозадающими элементами для тиристора 18, который принимает сигнал с негатрона датчика 2 тока для выключения негатрона исполнительного преобразователя 4. Светодиод 19 - индикатор срабатывания защиты. (Появление (наличие) светового сигнала свидетельствует о низком сопротивлении изоляции контролируемой электросети). Резистор 14 является токоограничивающим - ограничивает ток базы транзистора 21. Резистор 15 задает режим работы негатрона (вместе с резистором 17) исполнительного преобразователя 4. Конденсатор 22 задает частоту работы негатрона исполнительного преобразователя. Конденсатор 23 - фильтр постоянного тока. Конденсатор 28 - накопительный, напряжение на котором создает ток включения тиристора 18. Трансформатор 25 - разделительный, передает импульсную последовательность на управляющий переход симистора 24 (является управляемым электронным контактом в цепи питания катушки магнитного пускателя). Цепь, включающая, последовательно установленные опорный резистор 31 и кнопку К2, обеспечивает контроль работоспособности схемы. Functional purpose of circuit elements. Resistors 27 and 13 are the current-generating elements for the thyristor 18, which receives a signal from the negatron of the current sensor 2 to turn off the negatron of the executive converter 4. LED 19 is a protection operation indicator. (The appearance (presence) of a light signal indicates a low insulation resistance of the controlled electrical network). The resistor 14 is current-limiting - limits the base current of the transistor 21. The resistor 15 sets the mode of operation of the negatron (together with the resistor 17) of the Executive Converter 4. The capacitor 22 sets the frequency of operation of the negatron of the Executive Converter. Capacitor 23 is a DC filter. The capacitor 28 is a storage capacitor, the voltage at which creates a thyristor 18 turn-on current. The transformer 25 is an isolation transducer, which transfers a pulse sequence to the control transition of the triac 24 (it is a controlled electronic contact in the power supply circuit of the magnetic starter coil). A circuit including a series-mounted reference resistor 31 and a button K2 provides control of the operation of the circuit.

Предлагаемый способ осуществляется в следующем порядке. The proposed method is carried out in the following order.

Режим работы устройства задается резисторами 8 и 10 и зависит от величины сопротивления контролируемой изоляции R_из. При этом величины сопротивления резисторов 8 и 10 подбирают такими, чтобы по достижении заданного уровня сопротивления изоляции R_доп негатрон начинал генерацию импульсов. Если R_из. > R_доп., импульс на транзисторе 9 не генерируется, при этом генератор на транзисторе 21 генерирует импульсы управления симистором 24, который включается одновременно с нажатием кнопки "Пуск" магнитного пускателя 5. При снижении сопротивления изоляции до R_из. ≅ R_доп. возникает генерация импульсов на транзисторе 9, которые через разделительный трансформатор 3 подаются на тиристор 18. Тиристор 18, включаясь, шунтирует транзистор 21, в результате чего его генерация прекращается. Тем самым прекращается поступление управляющих импульсов на симистор 24 и включение пускателя 5 кнопкой КМ становится невозможно.The operation mode of the device is set by resistors 8 and 10 and depends on the resistance value of the controlled insulation R _out . In this case, the resistance values of the resistors 8 and 10 are selected such that, upon reaching a predetermined level of insulation resistance R, an _additional negatron starts generating pulses. If R is _out. > R _add ., The pulse on the transistor 9 is not generated, while the generator on the transistor 21 generates control pulses of the triac 24, which turns on at the same time as pressing the "Start" button of the magnetic starter 5. When the insulation resistance is reduced to R _out . ≅ R _add . there is a generation of pulses on the transistor 9, which are fed through the isolation transformer 3 to the thyristor 18. The thyristor 18, turning on, shunts the transistor 21, as a result of which its generation is stopped. This stops the flow of control pulses to the triac 24 and the inclusion of the starter 5 button KM becomes impossible.

Одновременно при включении тиристора 18 загорается светодиод 19, сигнализируя о пониженном сопротивлении изоляции электрической цепи. Кнопка К1 (нормально разомкнутый контакт) служит для сброса защиты после срабатывания. At the same time, when the thyristor 18 is turned on, the LED 19 lights up, signaling a reduced insulation resistance of the electric circuit. Button K1 (normally open contact) serves to reset the protection after operation.

Изобретение позволяет осуществить оперативный и надежный контроль и измерение сопротивления электрической цепи. Ожидаемый экономический эффект состоит в следующем: высокая эксплуатационная надежность заявляемого технического решения и возможность проведения автоматического контроля сопротивления электрической цепи позволяют сократить время и затраты электроэнергии для этой операции. Кроме того, повышается надежность контроля сопротивления электрической цепи, так как элементы схемы работают в щадящем режиме, в схеме отсутствуют электро-механические элементы. Одним из определяющих факторов надежности является непосредственное преобразование измеряемой величины в импульсную последовательность, удобную для цифровой обработки, что согласуется с современными способами обработки информации. Заявляемое устройство обладает высоким быстродействием за счет высокой частоты генерации. Оно легко сопрягается с системами с цифровой обработкой данных. The invention allows for efficient and reliable monitoring and measurement of the resistance of an electrical circuit. The expected economic effect is as follows: high operational reliability of the claimed technical solution and the ability to automatically control the resistance of the electric circuit can reduce the time and cost of electricity for this operation. In addition, the reliability of monitoring the resistance of the electric circuit is increased, since the circuit elements operate in a sparing mode, there are no electro-mechanical elements in the circuit. One of the determining factors of reliability is the direct conversion of the measured value into a pulse sequence suitable for digital processing, which is consistent with modern methods of processing information. The inventive device has a high speed due to the high frequency of generation. It is easily interfaced with systems with digital data processing.

Claims

DEVICE FOR MEASURING AND MONITORING RESISTANCE OF THE INSULATION OF THE ELECTRIC CIRCUIT, containing a diode bridge installed in the device’s power circuit, a current sensor, an executive converter, an isolation transformer, characterized in that, in order to increase the reliability of control and reduce material and energy costs for its implementation, as The current sensor uses a generator made on a device with negative differential resistance in the form of a negatron, which is connected to the positive pole through a diode bridge and its current-limiting resistor to the first output of the device’s power circuit, and the second negative pole of the negatron through the diode bridge is connected to the first output of the controlled circuit, while the output of the sensor is connected to the executive converter through the said isolation transformer.