RU2158996C2

RU2158996C2 - Device for protection and monitoring of resistance of insulation of electric equipment

Info

Publication number: RU2158996C2
Application number: RU99101592/09A
Authority: RU
Inventors: С.В. Левинзон; С.И. Михалев; Ю.С. Огарь; И.Л. Озерных; И.М. Пиковский; В.И. Самойлов; Л.З. Фейгин
Original assignee: ОАО "Калужский завод транспортного машиностроения"
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-11-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device may be used for generator-load protection circuits, which are supplied by insulated-neutral three-phase mains, in particular, for mobile electric power production plants. Device has insulation resistance monitoring detector, actuating member, actuating mechanism, power supply and indication unit. Goal of invention is achieved by introduced detector state monitoring unit, signal comparison circuit, which has generator, which outputs short pulses, direct circuit for comparison of signals of generator and insulation resistance monitoring detector. When complete pulse signal transmission circuit fails, or insulation resistance is decreased, device switches electric equipment off mains and indicates fault. EFFECT: increased reliability due to monitoring and protection of electric equipment, when insulation resistance decreases below tolerance limit. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты системы генератор-нагрузка, питающейся от трехфазных сетей с изолированной нейтралью, в частности, для передвижных электроустановок. The invention relates to electrical engineering and can be used in protection devices of the generator-load system, powered by three-phase networks with insulated neutral, in particular, for mobile electrical installations.

Известны устройства контроля и защиты электротехнической системы [1], содержащие, в частности, датчик контроля сопротивления изоляции, выполненный в виде датчика-фильтра нулевой последовательности, содержащего три коммутатора, включенных первыми выводами к каждой из фаз сети, вторыми, соединенными между собой, к первому входу мостового выпрямителя, второй вход которого подключен к проводу "земля", выход мостового выпрямителя подключен к резистивному делителю напряжения, подключенного к исполнительному элементу контроля сопротивления изоляции, выполненному в виде компаратора на триггере Шмидта, второй вход которого подключен к выходу датчика контроля сопротивления изоляции и инвертору, выход которого подключен к диоду развязки исполнительного органа и S-входу RS-триггера узла индикации, исполнительный орган выполнен в виде предварительного ключевого усилителя на транзисторе, управляющем тиристорной оптопарой, фотоприемник которой включен в цепь управляющего электрода симистора, в анодной цепи которого установлена обмотка магнитного пускателя, причем все цепи управления исполнительным элементом и исполнительным органом подключены к дополнительному стабилизатору напряжения (источнику питания). Known devices for monitoring and protecting the electrical system [1], including, in particular, an insulation resistance monitoring sensor made in the form of a zero sequence filter-sensor, containing three switches connected by the first outputs to each of the network phases, the second connected to each other, the first input of the bridge rectifier, the second input of which is connected to the ground wire, the output of the bridge rectifier is connected to a resistive voltage divider connected to the resistance control actuator and of soldering made in the form of a comparator on a Schmidt trigger, the second input of which is connected to the output of the insulation resistance control sensor and an inverter, the output of which is connected to the decoupling diode of the actuator and the S-input of the RS-trigger of the display unit, the actuator is made in the form of a preliminary key amplifier on a transistor controlling a thyristor optocoupler, the photodetector of which is included in the control electrode circuit of a triac, in the anode circuit of which a winding of the magnetic starter is installed, and all control circuits The actuator and the actuator are connected to an additional voltage stabilizer (power source).

Недостатком известного устройства является отсутствие контроля и защиты исправности, что, например, при обрыве датчика приводит к его неработоспособности без отключения его от сети и соответствующей индикации. A disadvantage of the known device is the lack of control and protection of serviceability, which, for example, when the sensor is broken, leads to its inoperability without disconnecting it from the network and the corresponding indication.

Известно также устройство защиты от пробоя на "землю" [2], в котором емкостный датчик сопротивления выполнен в виде четырехлучевой звезды, в которой четыре конденсатора подключены к каждой из фаз и нулевому проводу ("земля") одним выводом, а другим - между собой, кроме того, в качестве датчика используются 6 конденсаторов, подключенных по два последовательно между фазой (каждый из трех фаз) и "землей", а средние точки каждой пары конденсаторов подключены к информационному выводу трех компараторов, выходы которых подключены ко входу исполнительного элемента. There is also known a device for protection against breakdown to the ground [2], in which the capacitive resistance sensor is made in the form of a four-beam star, in which four capacitors are connected to each phase and to the zero wire (ground) with one output and the other with each other In addition, 6 capacitors are used as a sensor, connected two in series between the phase (each of the three phases) and ground, and the midpoints of each pair of capacitors are connected to the information output of three comparators, the outputs of which are connected to the input of the executor th element.

Недостатком этого устройства также является отсутствие контроля и защиты исправности как датчика нулевой последовательности, так и исполнительного элемента. The disadvantage of this device is the lack of control and protection of serviceability of both the zero sequence sensor and the actuator.

Наиболее близким к предлагаемому устройству, принятому за прототип, по структуре построения датчика нулевой последовательности и возможного использования его для контроля и индикации сопротивления изоляции является устройство для защиты и контроля трехфазного источника переменного напряжения [3], содержащее емкостный датчик нулевой последовательности, подключенный к каждой из фаз, резистивную нагрузку, включенную по схеме "звезда" и создающую искусственную нулевую точку 0'. Между искусственными нулевыми точками 0 и 0' через гасящий резистор подключен индикатор, параллельно гасящему резистору включены последовательно два встречно-параллельно включенных диода, сглаживающий конденсатор, параллельно которому подключен аналого-цифровой преобразователь. При использовании этого устройства в качестве устройства защиты и контроля сопротивления изоляции при уменьшении изоляции любой из фаз или прикосновении человека к контуру устройства, находящегося под напряжением, появляется напряжение между точками 0 и 0', которое в дальнейшем индицируется и сигнал с аналого-цифрового преобразователя (АЦП) поступает на исполнительный элемент и исполнительный орган. Closest to the proposed device adopted as a prototype, in terms of the structure of constructing a zero-sequence sensor and its possible use for monitoring and indicating insulation resistance, there is a device for protecting and monitoring a three-phase AC voltage source [3], which contains a capacitive zero-sequence sensor connected to each of phases, the resistive load included in the "star" scheme and creates an artificial zero point 0 '. An indicator is connected between the artificial zero points 0 and 0 'through the quenching resistor, two counter-parallel connected diodes are connected in series with the quenching resistor, a smoothing capacitor, and an analog-to-digital converter is connected in parallel. When using this device as a device for protection and control of insulation resistance when the insulation of any phase is reduced or a person touches the circuit of a device under voltage, a voltage appears between points 0 and 0 ', which is further indicated by a signal from an analog-to-digital converter ( ADC) comes to the executive element and the executive body.

Недостатком прототипа является то, что при обрыве датчика нулевой последовательности, неисправности АЦП устройство не будет реагировать на уменьшение сопротивления изоляции, т.е., в частности, возможно поражение человека электрическим током, и, в конечном итоге, устройство не контролирует исправности самого себя. The disadvantage of the prototype is that when the sensor breaks the zero sequence, an ADC malfunction, the device will not respond to a decrease in insulation resistance, i.e., in particular, a person may be injured by electric current, and, ultimately, the device does not control the health of itself.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и надежности устройства путем контроля нахождения его основных элементов в исправном состоянии и защиты электротехнической системы не только при уменьшении сопротивления изоляции по отношению к "земле", например касании человеком токоведущих частей электротехнической системы, находящейся под напряжением, но и при неисправности основных элементов устройства контроля сопротивления изоляции. The aim of the invention is to expand the functionality and reliability of the device by monitoring the finding of its main elements in good condition and protecting the electrical system, not only when the insulation resistance decreases with respect to the “ground”, for example, when a person touches live parts of an electrotechnical system that is energized, but also when malfunctions of the main elements of the insulation resistance control device.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем датчик контроля сопротивления изоляции, выполненном в виде емкостного датчика нулевой последовательности, подключенного к каждой из фаз, выход которого подключен ко входу мостового выпрямителя, нагруженного на резистивный делитель, исполнительный элемент, выход которого подключен к исполнительному органу, узел индикации, в датчик контроля сопротивления изоляции введены резисторы, одни выводы которых соединены между собой и подключены к одной из фаз питающей сети, другие - к переключателю, подключенному к одному входу второго мостового выпрямителя, другой вход которого подключен к нулевому проводу, в цепь нагрузки первого мостового выпрямителя последовательно с резистивным делителем включен светоизлучатель первой оптопары, фотоприемник которой включен между потенциальным выводом источника питания и общей точкой через ограничительный резистор, точка соединения упомянутого фотоприемника и ограничительного резистора подключена к базе третьего транзистора, коллектор которого подключен к потенциальному выводу, эмиттер - через эмиттерный переменный резистор к общей точке, средний вывод переменного резистора подключен через второй ограничительный резистор к конденсатору фильтра, второй вывод которого подключен к общей точке, точка соединения второго ограничительного резистора и конденсатора фильтра подключена к прямому входу второго компаратора и цепи его обратной связи, в цепь нагрузки второго мостового выпрямителя параллельно включены коллектор и эмиттер первого транзистора и последовательно включенные базовый резистор и фотоприемник второй оптопары, точка соединения которых подключена к базе первого транзистора, светоизлучатель второй оптопары включен последовательно с коллектор-эмиттером второго транзистора и коллекторным резистором между потенциальным выводом и общей точкой, между которой и базой второго транзистора установлен базовый резистор, к точке соединения базы второго транзистора и базового резистора подключен первый ограничительный резистор, второй вывод которого подключен к выходу введенного генератора-формирователя импульсов, инверсный вход второго компаратора подключен к делителю опорного напряжения, подключенному к потенциальному выводу и общей точке, выход второго компаратора подключен через резистор и диод к цепи заряда конденсатора, разряд которого осуществляется через параллельно включенный резистор и цепь из резистора и внутреннего сопротивления второго компаратора, точка соединения катода диода заряда и конденсатора подключена к прямому входу третьего компаратора, к инверсному входу которого подключена средняя точка делителя опорного напряжения, подключенного к потенциальному выводу и общей точке и через диод к прямому входу четвертого компаратора, к инверсному входу которого одним выводом подключены параллельно соединенные конденсатор и резистор, вторые выводы которых соединены с общей точкой, цепь заряда упомянутого конденсатора из последовательно соединенных диода и резистора подключена свободными выводами к выходу второго компаратора и инверсному входу четвертого, между упомянутыми выходом и входом установлен разрядный резистор, выходы третьего и четвертого компараторов подключены ко входу логической схемы ИЛИ, выход которой подключен ко входу ключа на четвертом транзисторе, в цепи коллектора которого последовательно с коллекторным резистором включен светоизлучатель третьей оптопары, эмиттер которого подключен к общей точке, база - к резистивному делителю, подключенному к потенциальному выводу и общей точке, фотоприемник упомянутой третьей оптопары включен в цепь из последовательно соединенных ограничительного резистора и резистора управления, свободные выводы которых подключены к катоду и аноду тиристора, включенного в диагональ пятого мостового выпрямителя, вход которого подключен в цепь исполнительного органа, блокировочный контакт которого включен параллельно кнопке включения и параллельно цепи из последовательно включенных ограничительного резистора и индикатора и последовательно с кнопкой отключения, свободный вывод которой подключен к одной из фаз сети. This goal is achieved by the fact that in the device containing the insulation resistance control sensor, made in the form of a zero-sequence capacitive sensor connected to each of the phases, the output of which is connected to the input of a bridge rectifier loaded on a resistive divider, an actuator, the output of which is connected to the actuator to the body, the display unit, resistors are introduced into the insulation resistance monitoring sensor, some of the terminals of which are interconnected and connected to one of the phases of the supply network, others to the switch connected to one input of the second bridge rectifier, the other input of which is connected to the neutral wire, the light emitter of the first optocoupler is connected in series with the resistive divider in series with the resistive divider, the photodetector of which is connected between the potential output of the power source and the common point through the limiting resistor, the connection point the aforementioned photodetector and limiting resistor is connected to the base of the third transistor, the collector of which is connected to a potential output, emitter - through the emitter variable resistor to a common point, the middle output of the variable resistor is connected through a second limiting resistor to the filter capacitor, the second output of which is connected to a common point, the connection point of the second limiting resistor and the filter capacitor is connected to the direct input of the second comparator and its circuit feedback, the collector and emitter of the first transistor and the series resistor and photodetector in series are connected in parallel to the load circuit of the second bridge rectifier the nickname of the second optocoupler, the connection point of which is connected to the base of the first transistor, the light emitter of the second optocoupler is connected in series with the collector-emitter of the second transistor and the collector resistor between the potential output and the common point between which and the base of the second transistor has a base resistor, to the connection point of the base of the second transistor and the base resistor is connected to the first limiting resistor, the second output of which is connected to the output of the input pulse generator, inverse input the second comparator is connected to a reference voltage divider connected to a potential terminal and a common point, the output of the second comparator is connected through a resistor and a diode to the capacitor charge circuit, the discharge of which is through a parallel resistor and a circuit from the resistor and internal resistance of the second comparator, the diode cathode connection point charge and capacitor is connected to the direct input of the third comparator, to the inverse input of which is connected the middle point of the voltage divider connected about the potential terminal and the common point and through the diode to the direct input of the fourth comparator, to the inverse input of which one terminal is connected in parallel to the capacitor and resistor, the second terminals of which are connected to the common point, the charge circuit of the said capacitor from the series-connected diode and resistor is connected by free terminals a discharge resistor is installed between the output of the second comparator and the inverse input of the fourth, between the output and the input, the outputs of the third and fourth comparators are connected to the input of the OR logic circuit, the output of which is connected to the key input on the fourth transistor, in the collector circuit of which the light emitter of the third optocoupler is connected in series with the collector resistor, the emitter of which is connected to a common point, the base to a resistive divider connected to a potential output and a common point, the photodetector of said third optocoupler is connected to the circuit from a series-connected limiting resistor and a control resistor, the free terminals of which are connected to the cathode and anode of the thyristor, in for prison in diagonal fifth bridge rectifier, the input of which is connected to the executive authority chain locking contact which is connected in parallel button on and parallel circuit of series-connected limiting resistor and in series with the indicator and mute button, free end connected to one of the mains phases.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - структурно-принципиальная схема основных узлов. Устройство (фиг. 1) содержит датчик контроля сопротивления изоляции 1, подключенный к трем фазам питающей сети, узел контроля состояния датчика 2 подключен входом к выходу узла 1 и связан со схемой сравнения сигналов 3, выход которой подключен к исполнительному элементу контроля 4, воздействующему на исполнительный орган контроля 5 и устройство индикации 6. Для питания узлов устройства защиты и контроля используется стабилизатор напряжения (источник питания) 7. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device, in FIG. 2 - structural-schematic diagram of the main nodes. The device (Fig. 1) contains an insulation resistance control sensor 1 connected to three phases of the supply network, the sensor 2 status monitoring unit is connected by an input to the output of node 1 and is connected to a signal comparison circuit 3, the output of which is connected to an actuator of control 4 acting on control executive body 5 and indication device 6. A voltage stabilizer (power supply) 7 is used to power the units of the protection and control device.

Датчик контроля сопротивления изоляции 1 содержит три конденсатора 8, 9, 10, подключенных одними выводами к каждой из трех фаз сети, другими, соединенными между собой, к одному из входов первого мостового выпрямителя 11, второй вход упомянутого выпрямителя подключен к нулевому проводу, выход первого мостового выпрямителя 11 нагружен на последовательно соединенные резистор 12 делителя напряжения и светоизлучатель (например, светодиод) 13 первой оптопары 14 с фотоприемником (например, фотодиодом) 15, к одной из фаз сети (например, фазе А) подключены резисторы контроля состояния датчика (например, три) 16, 17, 18, одни выводы которых соединены между собой, другие - к переключателю контроля 19, подключенному к одному из входов второго мостового выпрямителя 20, второй вход которого переключен к нулевому проводу, выход упомянутого выпрямителя подключен к коллектору и эмиттеру первого транзистора 21, база которого подключена к средней точке делителя, подключенного параллельно коллектор-эмиттеру из базового резистора 22 и фотоприемника (например, фотодиода) 23 второй оптопары 24, светоизлучатель (например, светодиод) 25, который включен в цепь коллектора второго транзистора 26 последовательно с его коллекторным резистором 27, подключенным одним выводом к коллектору третьего транзистора 28, эмиттер которого через переменный эмиттерный резистор 29 подключен к общей точке стабилизатора напряжения (источника питания) 7; а база - к точке соединения ограничительного резистора и фотоприемника 15, включенных последовательно и подключенных свободными выводами к потенциальному выводу и общей точке; между эмиттером и базой второго транзистора 26 установлен базовый резистор 30, один из выводов которого совместно с эмиттером упомянутого транзистора подключен к общей точке, между базой второго транзистора 26 и первым выходом узла контроля состояния датчика 2 включен первый ограничительный резистор 31, к средней точке переменного резистора 29 подключен второй ограничительный резистор 32, второй вывод которого подключен к одному из выводов конденсатора фильтра 33, второй вывод которого подключен к общей точке, точка соединения резистора 32 и конденсатора 33 является вторым выходом узла 2. Упомянутые первая и вторая оптопары 14 и 24 могут быть, например, включены следующим образом: светоизлучатель 13 подключен анодом к выводу резистора 12 делителя напряжения, не связанного непосредственно с одним из выходов первого мостового выпрямителя 11, катод элемента 13 подключен к другому выходу упомянутого выпрямителя 11, фотоприемник 15 первой оптопары 14 подключен катодом к точке соединения элементов 27 и 28 и к потенциальному выводу +U_п 34 узла 7, а анодом к базе третьего транзистора 28; фотоприемник 23 второй оптопары 24 подключен анодом к базе, катодом - к коллектору первого транзистора 21, светоизлучатель 25 - катодом к коллектору второго транзистора 26, анодом к свободному выводу коллекторного резистора 27. Стабилизатор напряжения (источник питания) 7 содержит, например, трансформатор 35, подключенный к питающей сети (например, к линейному напряжению) через устройство включения и индикации 6; одна из вторичных обмоток 36 упомянутого трансформатора подключена ко входу третьего мостового выпрямителя 37, выход которого подключен к входному фильтру 38, в потенциальный вывод упомянутого выпрямителя 37 подключен стабилизатор напряжения 39 (например, ИМС серии К142ЕН), другой вывод (выход) выпрямителя является общей точкой, между потенциальным выходом 34 стабилизатора напряжения 39 и общим выводом (общей точкой) установлен выходной фильтр-конденсатор 40.The insulation resistance control sensor 1 contains three capacitors 8, 9, 10 connected by one terminal to each of the three phases of the network, the other connected to each other, to one of the inputs of the first bridge rectifier 11, the second input of the said rectifier is connected to the neutral wire, the output of the first bridge rectifier 11 is loaded on a series-connected resistor 12 of a voltage divider and a light emitter (e.g., LED) 13 of the first optocoupler 14 with a photodetector (e.g., photodiode) 15, connected to one of the network phases (e.g., phase A) resistors for monitoring the state of the sensor (for example, three) 16, 17, 18, some of whose outputs are interconnected, others to the control switch 19 connected to one of the inputs of the second bridge rectifier 20, the second input of which is switched to the neutral wire, the output of the said rectifier connected to the collector and emitter of the first transistor 21, the base of which is connected to the midpoint of the divider connected in parallel to the collector-emitter of the base resistor 22 and a photodetector (for example, a photodiode) 23 of the second optocoupler 24, a light emitter (e.g. example, LED) 25, which is connected to the collector circuit of the second transistor 26 in series with its collector resistor 27, connected by one output to the collector of the third transistor 28, the emitter of which is connected through a variable emitter resistor 29 to the common point of the voltage stabilizer (power source) 7; and the base - to the connection point of the limiting resistor and the photodetector 15, connected in series and connected by free leads to the potential terminal and common point; a base resistor 30 is installed between the emitter and the base of the second transistor 26, one of the terminals of which is connected to a common point with the emitter of the transistor, the first limiting resistor 31 is connected between the base of the second transistor 26 and the first output of the sensor 2 status monitoring unit, to the midpoint of the variable resistor 29, a second limiting resistor 32 is connected, the second terminal of which is connected to one of the terminals of the filter capacitor 33, the second terminal of which is connected to a common point, the connection point of the resistor 32 and The sensor 33 is the second output of the node 2. The first and second optocouplers 14 and 24 can be switched on, for example, as follows: the light emitter 13 is connected by an anode to the output of the resistor 12 of the voltage divider that is not directly connected to one of the outputs of the first bridge rectifier 11, the cathode of the element 13 is connected to another output of the said rectifier 11, the photodetector 15 of the first optocoupler 14 is connected by a cathode to the connection point of elements 27 and 28 and to the potential terminal + U _p 34 of node 7, and the anode to the base of the third transistor 28; the photodetector 23 of the second optocoupler 24 is connected by an anode to the base, the cathode to the collector of the first transistor 21, the light emitter 25 to the cathode to the collector of the second transistor 26, the anode to the free output of the collector resistor 27. The voltage stabilizer (power source) 7 contains, for example, a transformer 35, connected to the mains supply (for example, to line voltage) via a switching and indicating device 6; one of the secondary windings 36 of the said transformer is connected to the input of the third bridge rectifier 37, the output of which is connected to the input filter 38, a voltage stabilizer 39 (for example, the K142EN series IC) is connected to the potential output of the rectifier 37, and the other output (output) of the rectifier is a common point , between the potential output 34 of the voltage stabilizer 39 and the common output (common point) is the output filter capacitor 40.

Схема сравнения сигналов 3 содержит генератор-формирователь импульсов 41, выполненный, например, на вторичной обмотке 42 трансформатора 35, выход которой подключен ко входу четвертого мостового выпрямителя 43, нагруженного на переменный резистор 44, средняя точка упомянутого резистора подключена через ограничительный резистор 45 к инверсному входу первого компаратора 46, прямой вход которого через ограничительный резистор 47 подключен к общей точке - другому выходу четвертого мостового выпрямителя 43, между выходом первого компаратора 46 и его прямым входом установлена цепь обратной связи из последовательно соединенных элементов ОС первого диода 48 и резистора 49, причем катод диода 48 подключен к прямому входу упомянутого компаратора, а анод - к резистору 49, нагрузкой генератора является резистор 50 и первый выход узла 2, второй выход которого подключен к прямому входу второго компаратора 51, к инверсному входу которого подключена средняя точка делителя опорного напряжения из резисторов 52, 53, подключенных к потенциальному выводу 34 и общей точке, между выходом этого компаратора и прямым его входом включена цепь обратной связи из последовательно соединенных ограничительного резистора 54 и второго диода 55, причем катод упомянутого диода подключен к прямому входу компаратора, а его анод - к резистору 54, нагрузкой второго компаратора является выходной резистор 56 и два устройства сравнения на компараторах третьем 57 и четвертом 58. The signal comparison circuit 3 contains a pulse generator 41, for example, made on the secondary winding 42 of the transformer 35, the output of which is connected to the input of the fourth bridge rectifier 43, loaded on the variable resistor 44, the midpoint of the mentioned resistor is connected through the limiting resistor 45 to the inverse input the first comparator 46, the direct input of which through the limiting resistor 47 is connected to a common point - another output of the fourth bridge rectifier 43, between the output of the first comparator 46 and a direct input is a feedback circuit made of series-connected OS elements of the first diode 48 and resistor 49, and the cathode of diode 48 is connected to the direct input of the said comparator, and the anode is connected to resistor 49, the generator load is resistor 50 and the first output of node 2, the second output of which connected to the direct input of the second comparator 51, to the inverse input of which is connected the midpoint of the reference voltage divider from resistors 52, 53 connected to the potential terminal 34 and the common point between the output of this comparator and direct its input includes a feedback circuit from a series-connected limiting resistor 54 and a second diode 55, the cathode of the diode being connected to the direct input of the comparator, and its anode connected to the resistor 54, the load of the second comparator is the output resistor 56 and two comparators on the third 57 and fourth 58.

На третьем компараторе 57 и элементах 59 - 69 выполнено устройство контроля прохождения импульсов с формирователя; резистор 59 включен последовательно с диодом 60 одним выводом к выходу второго компаратора 51, другим - к аноду диода 60, катод которого подключен к прямому входу третьего компаратора 57, параллельно элементам 59 и 60 включен резистор 61, к точке соединения катода диода 60 и прямого входа третьего компаратора 57 параллельно подключены резистор 62 и конденсатор 63, вторые выводы которых подключены к общей точке, средняя точка делителя опорного напряжения на резисторах 64 и 65, подключенных к потенциальному выводу 34 и общей точке, подключена к инверсному входу третьего компаратора 57, к инверсному входу упомянутого третьего компаратора подключен анодом диод 66, катод которого подключен к прямому входу четвертого компаратора 58, между выходом третьего компаратора и прямым входом установлена цепь обратной связи на последовательно соединенных третьем диоде ОС 67 и резисторе 68, причем анод диода 67 подключен к прямому входу третьего компаратора 57, а катод - к резистору 68, нагрузочным резистором третьего компаратора 57 является резистор 69. На четвертом компараторе 58 выполнено устройство контроля непосредственно сопротивления изоляции; в него входят последовательно включенные резистор 70 и диод 71, причем резистор 70 одним выводом подключен к выходу второго компаратора 51, другим - к катоду диода 71, анод которого подключен к инверсному входу четвертого компаратора 58, параллельно цепи из элементов 70 и 71 включен резистор 72, между упомянутым резистором 72 и инверсным входом четвертого компаратора включена параллельная цепь из резистора 73 и конденсатора 74 одними выводами, другими - к общей точке. Между выходом четвертого компаратора 58 и его прямым входом установлена цепь обратной связи, состоящая из последовательно соединенных резистора 75 и четвертого диода ОС 76, подключенного катодом к прямому входу элемента 58, анодом - к резистору 75. Нагрузкой четвертого компаратора являются резистор 77 и вход узла 4, через первый диод 78 диодной сборки подключенный катодом к упомянутому компаратору 58, второй диод 79 которой подключен катодом к выходу третьего компаратора 57, соединение анодов упомянутых диодов 78 и 79 является выходом узла 3. On the third comparator 57 and elements 59 - 69, a device for controlling the passage of pulses from the shaper is made; resistor 59 is connected in series with diode 60 with one output to the output of the second comparator 51, the other to the anode of diode 60, the cathode of which is connected to the direct input of the third comparator 57, resistor 61 is connected in parallel with elements 59 and 60, to the junction point of the cathode of diode 60 and direct input the third comparator 57, a resistor 62 and a capacitor 63 are connected in parallel, the second terminals of which are connected to a common point, the midpoint of the reference voltage divider on resistors 64 and 65 connected to potential terminal 34 and a common point is connected to the inverse an ode of the third comparator 57, an diode 66 is connected to the inverse input of the third comparator, the cathode of which is connected to the direct input of the fourth comparator 58, between the output of the third comparator and the direct input, a feedback circuit is connected in series with the third diode OS 67 and the resistor 68, and the anode the diode 67 is connected to the direct input of the third comparator 57, and the cathode is connected to the resistor 68, the load resistor of the third comparator 57 is the resistor 69. On the fourth comparator 58, the monitoring device is not osredstvenno insulation resistance; it includes a series-connected resistor 70 and a diode 71, and the resistor 70 is connected to the output of the second comparator 51 with one output, and the diode 71 is connected to the cathode of the diode 71, the anode of which is connected to the inverse input of the fourth comparator 58, and resistor 72 is connected in parallel to the circuit of elements 70 and 71 , between the aforementioned resistor 72 and the inverse input of the fourth comparator, a parallel circuit is connected from the resistor 73 and the capacitor 74 with one terminal and the other to a common point. A feedback circuit is established between the output of the fourth comparator 58 and its direct input, consisting of a series-connected resistor 75 and the fourth diode OS 76 connected by a cathode to the direct input of element 58, and the anode to the resistor 75. The load of the fourth comparator is resistor 77 and the input of node 4 , through the first diode 78 of the diode assembly, connected by the cathode to the said comparator 58, the second diode 79 of which is connected by the cathode to the output of the third comparator 57, the connection of the anodes of the said diodes 78 and 79 is the output of the node 3.

Испытательный элемент контроля 4 содержит ключ 80 на четвертом транзисторе, делителем базового напряжения которого являются последовательно соединенные резисторы 81 и 82, подключенные к потенциальному выводу 34 и общей точке, коллекторный резистор 83 включен в цепь коллектора 80, последовательно со светоизлучателем, например (светодиодом) 84 третьей оптопары 85, фотоприемник которой (например, фототиристор) 86 включен последовательно с ограничительным резистором 87 и резистором 88, точка соединения упомянутых элементов 86 и 88 подключена к управляющему электроду тиристора управления 89, а свободные выводы элементов 87 и 88 подключены к аноду и катоду тиристора 89, являющихся выходами узла 4. Test control element 4 contains a key 80 on the fourth transistor, the base voltage divider of which is a series of resistors 81 and 82 connected to a potential terminal 34 and a common point, the collector resistor 83 is connected to the collector circuit 80, in series with a light emitter, for example (LED) 84 the third optocoupler 85, the photodetector of which (for example, a photo-thyristor) 86 is connected in series with the limiting resistor 87 and the resistor 88, the connection point of the said elements 86 and 88 is connected to the control control electrode of the thyristor 89, and the free terminals of the elements 87 and 88 are connected to the anode and cathode of the thyristor 89, which are the outputs of the node 4.

Узел 5 - исполнительный орган контроля выполнен в виде пятого мостового выпрямителя 90, выход которого подключен к выходу узла 4, вход - в цепь исполнительного органа, например электромагнитного элемента 91, причем один вход пятого мостового выпрямителя 90 подключен к одной из фаз сети (например, В), другой - последовательно с элементом 91 к выходу узла 6 - устройства включения и индикации, вход устройства подключен к одной из фаз сети (например, C) последовательно с кнопкой включения 92 и отключения 93, параллельно кнопке 92 подключены цепи из нормальнооткрытого контакта 94 и из ограничительного резистора 95 и индикатора (например, светодиода) 96, встречно которому включен обратный диод 97. Входом узла является свободный вывод кнопки отключения 93, выходом, к которому подключен свободный вывод элемента 91, - свободный вывод кнопки включения 92. Управляющий контакт 98 включен в цепь включения питания (на фиг. 2 не показан) электротехнической системы. Между базой третьего транзистора и общей точкой установлен ограничительный резистор 99. Питание компараторов осуществляется, например, от выхода стабилизатора 39 (показано на фиг. 2 для второго компаратора 51). Node 5 - the executive control body is made in the form of a fifth bridge rectifier 90, the output of which is connected to the output of the node 4, the input is in the circuit of the executive body, for example, the electromagnetic element 91, and one input of the fifth bridge rectifier 90 is connected to one of the phases of the network (for example, B), the other - in series with element 91 to the output of the node 6 - devices for switching on and indicating, the input of the device is connected to one of the network phases (for example, C) in series with the power button 92 and the power switch 93, in parallel with button 92, the circuits from open contact 94 and from the limiting resistor 95 and the indicator (for example, an LED) 96, to which the return diode 97 is turned on. The input of the node is the free output of the shutdown button 93, the output to which the free output of the element 91 is connected is the free output of the power button 92. The control contact 98 is included in the power supply circuit (not shown in FIG. 2) of the electrical system. A limiting resistor 99 is installed between the base of the third transistor and the common point. The comparators are powered, for example, from the output of the stabilizer 39 (shown in Fig. 2 for the second comparator 51).

Устройство, изображенное на фиг. 2, работает следующим образом. При подключении устройства к электротехнической системе загорается светоизлучатель 96, показывая, что подано напряжение. При нажатии кнопки 92 светоизлучатель 96 гаснет, напряжение фаз B и C поступает на первичную обмотку трансформатора 35, а со вторичных обмоток 36 и 42 поступает на выпрямительные мосты 37 и 43, появляется напряжение +U_п на потенциальном выводе 34. Формирователь импульсов 41 на первом компараторе 46 вырабатывает короткие импульсы с периодом, например, повторения 10 мс и длительностью 1-3 мс (исходя их мировой практики и норм на безопасность человека при поражении электрическим током должно выдерживаться соотношение U_пt ≤ 50, где U_п - напряжение поражения в В, t - время нахождения в с. При линейном напряжении 380 В допустимое время составит 132 мс. Если его уменьшить более чем на порядок, то выбранные 10 мс в качестве примера вполне достаточны для обеспечения необходимых норм безопасности). С выхода формирователя импульсы через первые ограничительные резисторы 31 поступают на базу второго транзистора 26 и базовый резистор 30. Нагрузкой упомянутого транзистора 26 является светодиод 25 второй оптопары 24 и коллекторный резистор 27.The device shown in FIG. 2, works as follows. When the device is connected to the electrical system, the light emitter 96 lights up, indicating that a voltage has been applied. When the button 92 is pressed, the light emitter 96 goes out, the voltage of phases B and C goes to the primary winding of the transformer 35, and from the secondary windings 36 and 42 it goes to the rectifier bridges 37 and 43, + U _p voltage appears on the potential terminal 34. Pulse generator 41 on the first comparator 46 generates short pulses with a period, e.g., 10 ms repetition and duration of 1-3 ms (based on their global practices and standards for safety of the person when an electric current must be maintained lesion ratio U _n t ≤ 50 where U _n - voltage lesions In, t -. With a residence time When line voltage 380 will be allowed time 132 ms if it reduced more than an order, the selected 10ms as an example are sufficient to provide the necessary safety standards).. From the output of the driver, the pulses through the first limiting resistors 31 go to the base of the second transistor 26 and the base resistor 30. The load of the said transistor 26 is the LED 25 of the second optocoupler 24 and the collector resistor 27.

С фазы A через резисторы контроля состояния датчика 16-18 и переключатель контроля 19 напряжение поступает на второй мостовой выпрямитель 20, в диагональ которого (т.е. к выходу которого) включен первый транзистор 21 и через базовый резистор 22 фотоприемник 23 второй оптопары 24. В зависимости от положения переключателя 19 подключается один из резисторов 16-18, который моделирует сопротивление изоляции фазы A. При поступлении положительного импульса на базу второго транзистора 26 он открывается, резко уменьшается сопротивление фотоприемника 23, первый транзистор 21 открывается и замыкает диагональ второго мостового выпрямителя 20, тем самым подключается выбранный резистор к фазе A и общему проводу N. From phase A, through the resistors for monitoring the state of the sensor 16-18 and the control switch 19, the voltage is supplied to the second bridge rectifier 20, into the diagonal of which (i.e., to the output of which) the first transistor 21 is connected and through the base resistor 22 a photodetector 23 of the second optocoupler 24. Depending on the position of the switch 19, one of the resistors 16-18 is connected, which models the insulation resistance of phase A. When a positive pulse arrives at the base of the second transistor 26, it opens, the resistance of the photodetector 23 decreases sharply, the first transistor 21 opens and closes the diagonal of the second bridge rectifier 20, thereby connecting the selected resistor to phase A and the common wire N.

Датчиком контроля сопротивления изоляции 1 служит датчик-фильтр нулевой последовательности, состоящей из конденсаторов 8-10, включенных "звездой", мостового выпрямителя 11, в диагональ которого включен резистор делителя напряжения 12 и светодиод 13 первой оптопары 14. При подключении одного из резисторов 16-18 на выходе датчика-фильтра нулевой последовательности возникает напряжение, которое через первый мостовой выпрямитель 11 поступает на светодиод 13 через элемент 12 и через элементы 15, 28, 29, 32, 33 поступает на прямой вход второго компаратора 51, который сравнивает опорное напряжение делителя 52-53 с входным сигналом, с выхода второго компаратора 51 сигнал поступает на два устройства сравнения на компараторах 57-58. Контроль прохождения импульсов с генератора-формирователя 41 на первом компараторе 46 осуществляется устройством контроля прохождения импульсов на третьем компараторе 57. Сигнал с выхода первого компаратора 46 контролируется через фильтр нулевой последовательности и второй компаратор 51, тем самым осуществляется автоматический контроль работоспособности устройства контроля изоляции. Сигнал с выхода второго компаратора с периодом повторения, например, 10 мс и длительностью 1-3 мс быстро (≈ 1 мс) заряжает конденсатор 63 по цепи из элементов 59-60, а постоянная времени разряда этого конденсатора (элементы 62, 61 и внутреннее сопротивление 51) удерживает его заряженным в течение, например, 15 мс, формируя на выходе третьего компаратора высокий выходной уровень (лог. "1"). The insulation resistance control sensor 1 is a zero-sequence sensor filter consisting of capacitors 8-10 connected by a star, a bridge rectifier 11, the diagonal of which includes a voltage divider resistor 12 and an LED 13 of the first optocoupler 14. When connecting one of the resistors 16- 18 at the output of the zero-sequence sensor-filter, a voltage arises which, through the first bridge rectifier 11, enters the LED 13 through the element 12 and through the elements 15, 28, 29, 32, 33 enters the direct input of the second comparator 51, which compares the reference voltage of the divider 52-53 with the input signal, from the output of the second comparator 51, the signal is fed to two comparison devices on comparators 57-58. The control of the passage of pulses from the generator-shaper 41 on the first comparator 46 is carried out by the control device for the passage of pulses on the third comparator 57. The signal from the output of the first comparator 46 is controlled through a zero-sequence filter and a second comparator 51, thereby automatically monitoring the operability of the insulation control device. The signal from the output of the second comparator with a repetition period, for example, 10 ms and a duration of 1-3 ms, quickly (≈ 1 ms) charges the capacitor 63 in a circuit of elements 59-60, and the discharge time constant of this capacitor (elements 62, 61 and internal resistance 51) keeps it charged for, for example, 15 ms, forming a high output level (log. "1") at the output of the third comparator.

На четвертом компараторе 58 выполнено устройство, реагирующее на импульсы, например, более 5 мс и срабатывающее при понижении изоляции любой из фаз. На импульсы контроля работоспособности устройства защиты данная схема на четвертом компараторе 58 не реагирует, т.к. за время заряда (1-3 мс) конденсатор 74 по цепи через резистор 72 не успевает зарядиться до уровня переключения компаратора, а через цепь из элементов 70, 71, 73 быстро разряжается. Поэтому на инверсном входе компаратора 58 потенциал меньше, чем на прямом и на выходе четвертого компаратора 58 высокий уровень (лог. "1"). At the fourth comparator 58, a device is provided that responds to pulses, for example, more than 5 ms, and operates when the insulation of any phase is reduced. This circuit does not respond to the pulses of the health monitoring of the protection device on the fourth comparator 58, because during the charging time (1-3 ms), the capacitor 74 in the circuit through the resistor 72 does not have time to charge to the switching level of the comparator, and quickly discharges through the circuit of the elements 70, 71, 73. Therefore, the potential at the inverse input of the comparator 58 is lower than at the direct and output of the fourth comparator 58 a high level (log. "1").

Диоды 78-79 образуют логическую схему (ИЛИ), и общая точка их соединения является входом узла 4. При высоком уровне, т.е. когда устройство защиты и контроля работает в нормальном режиме, ключ на четвертом транзисторе открыт, третья оптопара включена, включен (т.е. находится в проводящем состоянии) тиристор 89, диагональ пятого мостового выпрямителя замкнута, исполнительный орган контроля, например, на электромеханическом элементе 91 включен. При этом включен также управляющий контакт 98, который поддерживает во включенном состоянии электротехническую систему (например, включен магнитный пускатель). Diodes 78-79 form a logical circuit (OR), and the common point of their connection is the input of node 4. At a high level, i.e. when the protection and control device is operating in normal mode, the key on the fourth transistor is open, the third optocoupler is turned on, the thyristor 89 is turned on (i.e., in a conducting state), the diagonal of the fifth bridge rectifier is closed, the executive control body, for example, on an electromechanical element 91 switched on. At the same time, control contact 98 is also included, which maintains the electrical system in the on state (for example, a magnetic starter is turned on).

При уменьшении сопротивления изоляции появляется уровень лог. "0" на выходе четвертого компаратора 58, а при нарушении работоспособности - уровень лог. "0" на выходе третьего компаратора. Любое из этих действий приводит к закрыванию четвертого транзистора 80, нагрузкой которого служит светоизлучатель 84 третьей оптопары 85, что приводит к закрыванию тиристора 89 и отключению элемента 91. При этом включается индикатор 96. В качестве компараторов могут быть использованы, например, ИМС 1401УД2, 1401СА1. When the insulation resistance decreases, the log level appears. "0" at the output of the fourth comparator 58, and in case of malfunction - the level of the log. "0" at the output of the third comparator. Any of these actions leads to the closing of the fourth transistor 80, the load of which is the light emitter 84 of the third optocoupler 85, which leads to the closing of the thyristor 89 and the shutdown of the element 91. The indicator 96 is turned on. For example, IC 1401UD2, 1401CA1 can be used as comparators. .

Таким образом, предложенное устройство не только контролирует сопротивление изоляции, может осуществлять сравнение с заданным сопротивлением и защищает человека от прикосновения к токоведущим частям, но и контролирует исправность самого себя. Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения. Thus, the proposed device not only controls the insulation resistance, can compare with a given resistance and protects a person from touching live parts, but also controls the health of himself. The above data and information confirm the feasibility of the invention.

Источники информации
1. RU, патент по заявке N 95112067/09, кл. H 02 H 3/10, H 02 H 7/08, 1995. Решение о выдаче от 29.01.98.Sources of information
1. RU, patent application N 95112067/09, cl. H 02 H 3/10, H 02 H 7/08, 1995. Decision on extradition dated 01.29.98.

2. JP, патент 63-50932, кл. H 02 H 3/34, 1988 (заявка 56-33312, 1981). 2. JP, patent 63-50932, cl. H 02 H 3/34, 1988 (application 56-33312, 1981).

3. RU, патент 2020683, кл. H 02 H 3/10, 1994. 3. RU, patent 2020683, cl. H 02 H 3/10, 1994.

Claims

A device for protecting and controlling the insulation resistance of an electrical system, comprising an insulation resistance monitoring sensor made in the form of a zero sequence capacitive sensor connected to each of the phases, the output of which is connected to the input of the first bridge rectifier loaded on a resistive divider, an actuator whose output is connected to the executive body, the display unit and the power source, characterized in that the resistors are introduced into the insulation resistance monitoring sensor, some conclusions to of which are interconnected and connected to one of the phases of the supply network, others - to the switch connected to one input of the second bridge rectifier, the other input of which is connected to the neutral wire, the light emitter of the first optocoupler and the photodetector are connected in series with the resistive divider which is connected between the potential output of the power source and the common point through the limiting resistor, the connection point of the aforementioned photodetector and the limiting resistor is connected is connected to the base of the third transistor, the collector of which is connected to the potential terminal, the emitter is connected through the emitter variable resistor to the common point, the middle terminal of the variable resistor is connected through the second limiting resistor to the filter capacitor, the second terminal of which is connected to the common point, the connection point of the second limiting resistor and the filter capacitor is connected to the direct input of the second comparator and its feedback circuit, the collector and emitt are connected in parallel to the load circuit of the second bridge rectifier er of the first transistor and a series-connected base resistor and photodetector of the second optocoupler, the connection point of which is connected to the base of the first transistor, the light emitter of the second optocoupler is connected in series with the collector-emitter of the second transistor and the collector resistor between the potential output and the common point between which and the base of the second transistor base resistor, the first limiting resistor is connected to the connection point of the base of the second transistor and the base resistor, the second terminal of which It is connected to the output of the input pulse generator, the inverse input of the second comparator is connected to a voltage divider connected to the potential output and a common point, between the output of the second comparator and its direct input, a feedback circuit is connected from the limiting resistor and the second diode connected in series, the cathode the aforementioned diode is connected to the direct input of the comparator, and its anode to the limiting resistor, the output of the second comparator is connected through the resistor and the diode to the charge circuit a capacitor, the discharge of which is carried out through a parallel-connected resistor and a circuit from the resistor and the internal resistance of the second comparator, the connection point of the cathode of the charge diode and the capacitor is connected to the direct input of the third comparator, to the inverse input of which is connected the middle point of the reference voltage divider connected to the potential output and the common point, and, through the diode, to the direct input of the fourth comparator, to the inverse input of which a parallel-connected capacitor and p a resistor, the second terminals of which are connected to a common point, the charge circuit of the aforementioned capacitor from the diode and resistor connected in series is connected by free leads to the output of the second comparator and the inverse input of the fourth comparator, a discharge resistor is installed between the output and the input, the outputs of the third and fourth comparators are connected to the input logic circuit OR, the output of which is connected to the key input on the fourth transistor, in the collector circuit of which is in series with the collector resistor the light emitter of the third optocoupler, the emitter of which is connected to a common point, the base to a resistive divider connected to a potential output and a common point, the photodetector of the third optocoupler is connected to a series of limiting resistor and control resistor connected in series, the free terminals of which are connected to the cathode and anode of the thyristor , the connection point of the receiver and the control resistor is connected to the control electrode of the thyristor included in the diagonal of the fifth bridge rectifier, the input of which is connected n in executive chain locking contact which is connected in parallel button on and parallel circuit of series-connected limiting resistor and in series with the indicator and mute button, free end connected to one of the mains phases.