RU2028638C1

RU2028638C1 - Method for insulation resistance test in branched dc and ac lines

Info

Publication number: RU2028638C1
Application number: SU914944837A
Authority: RU
Inventors: Б.Д. Дунаев; В.А. Савельев; С.А. Словесный; А.В. Усов; С.В. Шилов
Original assignee: Дунаев Борис Дмитриевич; Савельев Виталий Андреевич; Словесный Сергей Алексеевич; Усов Александр Венедиктович; Шилов Сергей Валентинович
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: electric measurement technology. SUBSTANCE: method involves superposition of AC voltage with periodically varying frequency onto line under test, correction of capacitive component of current by inductive current, and determination of lower extremum of maximum potential envelope. EFFECT: improved measurement accuracy during in-service tests of line parameters. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств для непрерывного контроля сопротивления изоляции потребителей постоянного и переменного тока, находящихся под напряжением. The invention relates to electrical engineering and can be used to create devices for continuous monitoring of insulation resistance of DC and AC consumers under voltage.

Известен способ определения участка сети с пониженным по отношению к земле сопротивлением изоляции в электрической сети постоянного тока, основанный на периодическом изменении во времени, по линейному или близкому к линейному закону, напряжения смещения потенциала сети по отношению к земле, на дифференцировании токов, протекающих по участкам сети, сравнении величин производных этих токов и выбора поврежденного участка по наибольшей из этих величин [1]. There is a method of determining a network section with a reduced insulation resistance in relation to the earth in a direct current electric network, based on a periodic change in time, according to a linear or close to linear law, of the bias voltage of the network potential relative to the earth, on the differentiation of currents flowing through the sections network, comparing the values of the derivatives of these currents and choosing the damaged area for the largest of these values [1].

Недостатком этого способа является низкая достоверность измеpения, обусловленная, во-первых, появлением ложного сигнала на выходе датчика, возникающего в момент перемены знака производной линейно изменяющегося напряжения, во-вторых, невозможностью получения линейно- изменяющегося напряжения из-за неравенства нулю внутреннего сопротивления вспомогательного источника, работающего на активно-емкостную нагрузку. Чем больше выходное сопротивление вспомогательного источника напряжения и емкость контролируемой сети, тем сильнее форма накладываемого на сеть напряжения отличается от линейной и тем выше погрешность измерений. The disadvantage of this method is the low reliability of the measurement, due, firstly, to the appearance of a false signal at the output of the sensor that occurs when the sign of the derivative of the ramp voltage changes, and secondly, to the inability to obtain a linearly varying voltage due to the non-zero internal resistance of the auxiliary source operating on an active capacitive load. The greater the output resistance of the auxiliary voltage source and the capacitance of the controlled network, the stronger the shape of the voltage applied to the network differs from the linear one and the higher the measurement error.

Наиболее близким по технической сущности является способ отыскания места снижения изоляции в электрической сети, основанный на принудительном смещении потенциалов сети по отношению к земле посредством наложения напряжения переменного тока с периодически изменяющейся частотой, измерении разности между двумя значениями токов, соответствующими одинаковым для измерения на всех участках сети значениям частоты тока смещения и определении места с пониженной изоляцией по максимальной из измеренных величин [2]. The closest in technical essence is the method of finding the place of insulation reduction in the electric network, based on the forced displacement of the network potentials in relation to the ground by applying an alternating current voltage with a periodically changing frequency, measuring the difference between two current values corresponding to the same for measurement in all sections of the network the values of the frequency of the bias current and the determination of a place with reduced insulation at the maximum of the measured values [2].

Недостатком данного способа является низкая чувствительность, обусловленная преобладанием емкостной составляющей тока над активной в сетях с большей распределенной емкостью, в связи с чем прирост полного тока, протекающего по отдельным присоединениям, фиксируемый датчиком, оказывается в несколько раз меньше прироста активной составляющей тока, возникающего при повреждении изоляции. The disadvantage of this method is the low sensitivity due to the predominance of the capacitive component of the current over the active in networks with a larger distributed capacity, and therefore the increase in the total current flowing through individual connections, detected by the sensor, is several times smaller than the increase in the active component of the current that occurs when damage occurs isolation.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерений. The aim of the invention is to increase the sensitivity of measurements.

Это достигается тем, что в известном способе, включающем наложение переменного напряжения с периодически изменяющейся частотой на контролируемую сеть, измерение величины тока, обратно пропорциональной сопротивлению изоляции, производят компенсацию емкостной составляющей тока, протекающего через изоляцию, индуктивным током, выделяют сигнал, пропорциональный активной составляющей тока (току утечки изоляции), усиливают и выпрямляют (детектируют) этот сигнал, после чего выделяют огибающую максимальных потенциалов выпрямленного сигнала и затем определяют значение нижнего экстремума полученной огибающей, по величине которого судят о сопротивлении изоляции присоединения. This is achieved by the fact that in the known method, which includes applying an alternating voltage with a periodically changing frequency to the controlled network, measuring the current value inversely proportional to the insulation resistance, compensates for the capacitive component of the current flowing through the insulation with an inductive current, and a signal proportional to the active component of the current is isolated (insulation leakage current), amplify and rectify (detect) this signal, after which the envelope of the maximum potentials of the rectified signal is isolated and then determine the value of the lower extremum of the resulting envelope, the magnitude of which is judged on the insulation resistance of the connection.

На фиг.1, поясняющей принцип контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей по предлагаемому способу, схема замещения контролируемой сети 1 представлена емкостью 2, сопротивлением 3 изоляции по отношению к земле и нагрузкой 4 каждого присоединения, а также эквивалентными емкостью 5 и сопротивлением 6 ошиновки 7 и источника 8 питания сети. Один из выводов источника 9 переменного напряжения с периодически изменяющейся частотой, так называемого генератора качающейся частоты (ГКЧ), заземлен, а другой подключен к компенсирующим обмоткам 10 сумматоров 11 и к разделительному конденсатору 12, соединенному с одним из полюсов контролируемой сети. Второй вывод обмоток 10 соединен с одним из выводов индуктивностей 13, второй вывод которых заземлен. In figure 1, explaining the principle of monitoring the insulation resistance of branched networks according to the proposed method, the equivalent circuit of the controlled network 1 is represented by a capacity of 2, insulation resistance 3 with respect to the ground and load 4 of each connection, as well as equivalent capacity 5 and resistance 6 of busbar 7 and source 8 network power. One of the terminals of the source 9 of an alternating voltage with a periodically changing frequency, the so-called oscillating frequency generator (GKCH), is grounded, and the other is connected to the compensating windings 10 of the adders 11 and to a separation capacitor 12 connected to one of the poles of the monitored network. The second terminal of the windings 10 is connected to one of the terminals of the inductors 13, the second terminal of which is grounded.

Сумматоры, число которых равно количеству контролируемых присоединений, кроме компенсирующих обмоток содержат первичные обмотки 14, представленные участками контролируемых кабелей присоединений, и измерительные обмотки 15, на выводы которых включены усилители 16. Выходы усилителей соединены с входами коммутатора 17, к выходу которого подключен выпрямитель 18. С выходом выпрямителя соединен вход фильтра 19 низкой частоты, выход которого связан с входом блока 20 выделения нижнего экстремума. На вход блока выделения нижнего экстремума подключено устройство 21 индикации. Adders, the number of which is equal to the number of controlled connections, in addition to compensating windings, contains primary windings 14, represented by sections of controlled connection cables, and measuring windings 15, the outputs of which are connected to amplifiers 16. The outputs of the amplifiers are connected to the inputs of the switch 17, to the output of which a rectifier 18 is connected. The input of the low-pass filter 19 is connected to the rectifier output, the output of which is connected to the input of the lower extremum extraction unit 20. The input device 21 of the lower extremum is connected to the display device 21.

Предлагаемый способ реализован следующим образом. The proposed method is implemented as follows.

Производят наложение на контролируемую сеть переменного напряжения с периодически изменяющейся частотой от ГКЧ. Это вызывает появление в обмотках 14 сумматоров тока, величина которых определяется комплексными сопротивлениями изоляции присоединений. Возникшие таким образом токи создают в магнитопроводах сумматоров потоки, индуцирующие переменную ЕДС в измерительной обмотке 15, причем величина ЕДС будет тем выше, чем меньше комплексное сопротивление изоляции. В разветвленных сетях с большой распределенной емкостью на землю емкостное сопротивление значительно меньше активного сопротивления исправной изоляции, поэтому емкостная составляющая тока преобладает над активной. Следовательно, величина ЕДС в обмотке 15 определяется в основном значением емкостной составляющей тока, не несущей информации о состоянии изоляции. An alternating voltage with a periodically changing frequency from the GKCh is superimposed on a controlled network. This causes the appearance of 14 current adders in the windings, the value of which is determined by the complex insulation resistances of the connections. The currents thus generated create flows in the magnetic cores of the adders that induce a variable EMF in the measuring winding 15, and the magnitude of the EMF will be the higher, the lower the complex insulation resistance. In branched networks with a large distributed capacitance to the ground, the capacitance is much less than the active resistance of a working insulation, therefore, the capacitive component of the current prevails over the active one. Therefore, the magnitude of the EMF in the winding 15 is determined mainly by the value of the capacitive component of the current that does not carry information about the state of insulation.

Для повышения чувствительности измерений производят компенсацию емкостной составляющей тока, чтобы индуцированная в измерительной обмотке ЕДС определялась только активной составляющей тока изоляции. Компенсацию емкостной составляющей тока осуществляют индуктивным током, протекающим по компенсирующей обмотке 10 и индуктивности 13. To increase the sensitivity of the measurements, the capacitive component of the current is compensated so that the EMF induced in the measuring winding is determined only by the active component of the insulation current. Compensation of the capacitive component of the current is carried out by inductive current flowing along the compensating winding 10 and inductance 13.

При малых частотах напряжения ГКЧ, когда величина индуктивного сопротивления минимальна, поток в магнитопроводе и ЕДС в измерительной обмотке определяется в основном током компенсирующей обмотки. Для высших частот напряжения ГКЧ, наоборот, индуктивное сопротивление максимально, а емкостное сопротивление кабеля минимально. При некоторой частоте напряжения ГКЧ, когда величина емкостной составляющей тока равны величине тока, протекающего через индуктивность, возникает резонанс токов. Так как фаза индуктивного тока отстает на угол, близкий к 90^о, от фазы вызвавшего его напряжения, а фаза емкостной составляющей тока опережает на 90^о это напряжение, потоки, создаваемые этими двумя токами взаимно компенсируют друг друга и в магнитопроводе сумматора циркулирует поток, наведенный только лишь активной составляющей тока. Чем ниже сопротивление изоляции присоединения на землю, тем выше результирующий поток в магнитопроводе и ЕДС (далее - сигнал) в измерительной обмотке.At low frequencies, the GKCh voltage, when the inductive resistance value is minimal, the flux in the magnetic circuit and the EMF in the measuring winding is determined mainly by the current of the compensating winding. For higher frequencies, the GKCh voltage, on the contrary, the inductive resistance is maximum, and the capacitive resistance of the cable is minimal. At a certain frequency of the GKCh voltage, when the value of the capacitive component of the current is equal to the value of the current flowing through the inductance, current resonance arises. Since the phase of the inductive current lags by an angle close to 90 ^° from the phase of the voltage causing it, and the phase of the capacitive component of the current is 90 ° ahead ^of this voltage, the flows created by these two currents mutually cancel each other and the induced flux circulates in the magnetic circuit of the adder. only the active component of the current. The lower the insulation resistance of the ground connection, the higher the resulting flux in the magnetic circuit and the EMF (hereinafter - the signal) in the measuring winding.

Перед дальнейшей обработкой сигнал усиливают. Зависимость напряжения U этого сигнала от времени t представлена на фиг.2,а. Затем сигнал выпрямляют (детектируют), для чего выход усилителя контролируемого присоединения через коммутатор соединяют с входом выпрямителя. После чего выделяют огибающую максимальных потенциалов, для чего выпрямленный сигнал (фиг.2, б) подают на вход фильтра низкой частоты. Затем определяют величину нижнего экстремума U_min огибающей максимальных потенциалов (фиг.2,в), для чего подают сигнал на вход блока выделения нижнего экстремума. На выходе этого блока получают сигнал, величина которого пропорциональна величине нижнего экстремума огибающей максимальных потенциалов, а следовательно, и активной составляющей тока утечки изоляции и обратно пропорциональна значению сопротивления изоляции контролируемого присоединения на землю. Полученный таким образом сигнал (фиг,2, г) подают на устройство индикации, по показаниям которого судят о состоянии изоляции присоединения.The signal is amplified before further processing. The dependence of the voltage U of this signal on time t is presented in figure 2, a. Then the signal is rectified (detected), for which the output of the amplifier of controlled connection through the switch is connected to the input of the rectifier. Then select the envelope of maximum potentials, for which the rectified signal (Fig.2, b) is fed to the input of a low-pass filter. Then determine the value of the lower extremum U _{min the} envelope of the maximum potentials (figure 2, c), for which a signal is applied to the input of the selection block of the lower extremum. At the output of this block, a signal is obtained whose value is proportional to the value of the lower extremum of the envelope of the maximum potentials, and, consequently, to the active component of the insulation leakage current and is inversely proportional to the value of the insulation resistance of the controlled ground connection. The signal thus obtained (FIG. 2, g) is fed to an indication device, according to the testimony of which it is judged on the state of isolation of the connection.

Таким образом, предлагаемый способ обладает большей точностью по сравнению с известным, где рассматриваемая величина образуется под действием как активной, так и емкостной составляющих полного тока изоляции, так как при его реализации в формировании выходного сигнала участвует лишь активная составляющая полного тока изоляции, несущая информацию о состоянии изоляции сети относительно земли. Thus, the proposed method has greater accuracy compared to the known one, where the considered value is formed under the action of both active and capacitive components of the total isolation current, since when it is implemented, only the active component of the total isolation current, carrying information about insulation state of the network relative to the ground.

Claims

METHOD FOR MONITORING RESISTANCE OF BRANCHED AC AND DC AC NETWORKS, based on applying alternating voltage with a periodically changing frequency to the controlled network, measuring the current value inversely proportional to the insulation resistance, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurement, the capacitive component of the current is compensated flowing through the insulation by inductive current, a signal is proportional to the active component of the current, this system is amplified and rectified drove, after which they select the envelope of the maximum potentials of the rectified signal and then determine the value of the lower extremum of the resulting envelope, inversely proportional to the insulation resistance.