RU224488U1 - Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью - Google Patents

Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью Download PDF

Info

Publication number
RU224488U1
RU224488U1 RU2024101483U RU2024101483U RU224488U1 RU 224488 U1 RU224488 U1 RU 224488U1 RU 2024101483 U RU2024101483 U RU 2024101483U RU 2024101483 U RU2024101483 U RU 2024101483U RU 224488 U1 RU224488 U1 RU 224488U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
terminal
terminals
switches
measuring
insulation resistance
Prior art date
Application number
RU2024101483U
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Орлов
Аркадий Александрович Знаменский
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова"
Application granted granted Critical
Publication of RU224488U1 publication Critical patent/RU224488U1/ru

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для непрерывного контроля параметров изоляции сети питания с изолированной нейтралью относительно «земли». Техническими результатами заявленной полезной модели являются повышение надежности измерения эквивалентного сопротивления изоляции, уменьшение погрешности измерения сопротивления, повышение точности измерения величины сопротивления изоляции и расширение функциональных возможностей устройства. Для достижения указанного технического результата устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью содержит корпус, включающий ограничительный резистор, измерительный резистор, независимый источник напряжения постоянного тока, первый и второй фильтрующие конденсаторы, n выключателей, n калибровочных резисторов и блок управления. При этом первый вывод ограничительного резистора соединен с первым выводом первого фильтрующего конденсатора, первым выводом измерительного резистора и первым выводом блока управления, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого фильтрующего конденсатора, вторым выводом измерительного резистора, первым выводом независимого источника напряжения постоянного тока и первым выводом второго фильтрующего конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока. Первые выводы n выключателей объединены, а вторые выводы соединены с первыми выводами n калибровочных резисторов, вторые выводы которых объединены. Входы управления n выключателей соединены с соответствующими выходами блока управления. Дополнительно введены m высоковольтных выключателей, m защитных резисторов и дополнительный ограничительный резистор. При этом первый вывод дополнительного ограничительного резистора соединен со вторым выводом ограничительного резистора, а второй вывод соединен с объединенными вторыми выводами n калибровочных резисторов. Первые выводы m высоковольтных выключателей объединены и соединены со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока и объединенными первыми выводами n выключателей, а вторые выводы соединены с первыми выводами m защитных резисторов, вторые выводы которых через соответствующие фазы электрической сети и соответствующие эквивалентные сопротивления изоляции через зажим, относительно которого производится измерение сопротивление изоляции, соединены с выводами ограничительных резисторов. Входы управления m высоковольтных выключателей соединены с соответствующими выходами блока управления.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для непрерывного контроля параметров изоляции сети питания с изолированной нейтралью относительно «земли».
Известно устройство для контроля сопротивления изоляции электрических сетей с изолированной нейтралью (патент №47601 на полезную модель от 13.05.2005 г.), содержащее ограничительное сопротивление, шунт, включаемые последовательно с сопротивлением изоляции, средство измерения, причем средство измерения выполнено с возможностью измерения отношения напряжения участка цепи, содержащего ограничительное сопротивление, и участка цепи, параллельного источнику питания, при этом участок цепи, параллельной источнику питания, содержит опорный делитель напряжения, а средство измерения выполнено с возможностью определения сопротивления изоляции по отношению напряжений на шунте и опорном сопротивлении.
Недостатком данного устройства является снижение точности измерения сопротивления изоляции за счет погрешности измерения напряжения средством измерения. Погрешность измерения сопротивления изоляции также зависит от погрешности ограничительного резистора, шунта и делителя напряжения, которые должны быть высокоточными. Расчеты показывают, что погрешность измерения сопротивления изоляции только за счет этих резисторов составляет не менее пяти допусков их изготовления. Кроме того, существует дополнительная погрешность измерения сопротивления изоляции, возникающая за счет нелинейности преобразования аналого-цифрового преобразователя в диапазоне входных сигналов.
Известно устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью, выбранное в качестве прототипа (патент №166017 с датой приоритета от 11.02.2016 г.), содержащее корпус, ограничительный резистор, измерительный резистор, независимый источник напряжения постоянного тока, переключатель, n выключателей, n калибровочных резисторов, блок управления и два фильтрующих конденсатора.
Недостатками данного устройства является пониженная точность измерения сопротивления изоляции в области низких сопротивлений изоляции за счет наличия внутреннего сопротивления сетевых трансформаторов, отсутствие возможности измерения сопротивления изоляции в конкретной фазе при разомкнутом сетевом выключателе, низкая надежность работы устройства за счет отсутствия возможности подключения в другой фазе при нарушении качества связи до устранения этого нарушения.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является низкая надежность измерения эквивалентного сопротивления изоляции и высокая погрешность измерения сопротивления.
Технический результат заключается в повышении точности измерения величины сопротивления изоляции и расширение функциональных возможностей устройства.
Для достижения указанного технического результата устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью содержит корпус, включающий ограничительный резистор, измерительный резистор, независимый источник напряжения постоянного тока, первый и второй фильтрующие конденсаторы, n выключателей, n калибровочных резисторов и блок управления. При этом первый вывод ограничительного резистора соединен с первым выводом первого фильтрующего конденсатора, первым выводом измерительного резистора и первым выводом блока управления, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого фильтрующего конденсатора, вторым выводом измерительного резистора, первым выводом независимого источника напряжения постоянного тока и первым выводом второго фильтрующего конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока. Первые выводы n выключателей объединены, а вторые выводы соединены с первыми выводами n калибровочных резисторов, вторые выводы которых объединены. Входы управления n выключателей соединены с соответствующими выходами блока управления. Дополнительно введены m высоковольтных выключателей, m защитных резисторов и дополнительный ограничительный резистор. При этом первый вывод дополнительного ограничительного резистора соединен со вторым выводом ограничительного резистора, а второй вывод соединен с объединенными вторыми выводами n калибровочных резисторов. Первые выводы m высоковольтных выключателей объединены и соединены со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока и объединенными первыми выводами n выключателей, а вторые выводы соединены с первыми выводами m защитных резисторов, вторые выводы которых через соответствующие фазы электрической сети и соответствующие эквивалентные сопротивления изоляции через зажим, относительно которого производится измерение сопротивление изоляции, соединены с выводами ограничительных резисторов. Входы управления m высоковольтных выключателей соединены с соответствующими выходами блока управления.
Полезная модель поясняется схемами:
фиг. 1 - Структурная схема устройства измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью;
фиг. 2 - Структурная схема реализации блока управления.
На фиг. 1 показаны:
- 1 - корпус устройства измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью;
- 2 - первый ограничительный резистор;
- 3 - измерительный резистор;
- 4 - независимый источник напряжения постоянного тока;
- 5 - первый фильтрующий конденсатор;
- 6 - высоковольтные выключатели;
- 7 - выключатели;
- 8 - калибровочные резисторы;
- 9 - блок управления;
- 10 - второй фильтрующий конденсатор;
- 11 - эквивалентные сопротивления изоляции;
- 12 - электрическая сеть;
- 13 - второй ограничительный резистор;
- 14 - защитные резисторы.
Корпус 1 включает: первый ограничительный резистор 2, измерительный резистор 3, независимый источник напряжения постоянного тока 4, первый фильтрующий конденсатор 5, m высоковольтных выключателей 6, n выключателей 7, n калибровочных резисторов 8, блок управления 9, второй фильтрующий конденсатор 10, второй ограничительный резистор 13, m защитных резисторов 14.
Первый вывод первого ограничительного резистора 2 соединен с первым выводом первого фильтрующего конденсатора 5, первым выводом измерительного резистора 3 и первым выводом блока управления 9. Второй вывод первого ограничительного резистора 2 соединен с первым выводом второго ограничительного резистора 13. Второй вывод блока управления 9 соединен со вторым выводом первого фильтрующего конденсатора 5, вторым выводом измерительного резистора 3, первым выводом независимого источника напряжения постоянного тока 4 и первым выводом второго фильтрующего конденсатора 10. Второй вывод второго фильтрующего конденсатора 10 соединен со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока 4 и с объединенными первыми выводами выключателей 7. Вторые выводы выключателей 7 соединены с соответствующими первыми выводами калибровочных резисторов 8. Вторые выводы калибровочных резисторов 8 объединены и соединены со вторым выводом второго ограничительного резистора 13. Первые выводы высоковольтных выключателей 6 объединены и соединены со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока 4 и объединенными первыми выводами выключателей 7, а вторые выводы соединены с соответствующими первыми выводами защитных резисторов 14. Вторые выводы защитных резисторов 14 через фазы электрической сети 12 соединены с первыми выводами эквивалентных сопротивлений изоляции 11. Вторые выводы эквивалентных сопротивлений изоляции 11 объединены и соединены с зажимом, относительно которого производится измерение сопротивления изоляции, и который соединен с точкой соединения второго вывода первого ограничительного резистора 2 и первого вывода второго ограничительного резистора 13.
Входы управления У1, У2.... Уn выключателей 7 соединены с соответствующими выходами У1, У2.... Уn блока управления 9. Входы управления Уn+1, Уn+2, Уn+3 высоковольтных выключателей 6 соединены с соответствующими выходами Уn+1 Уn+2, Уn+3 блока управления 9.
На фиг. 2 показаны:
- 15 - усилитель;
- 16 - каскад гальванической развязки;
- 17 - контроллер;
- 18 - каскад приема/передачи сигнала по каналу связи.
Первый и второй выводы блока управления 9 соединены с первым и вторым выводами усилителя 15, выход которого соединен с входом каскада гальванической развязки 16, выход которого соединен с измерительным входом контроллера 17. Информационные вход и выход контроллера 17 соединены с соответствующими входом и выходом каскада приема/передачи сигнала по каналу связи 18, а управляющий выход контроллера 17 соединен с входом усилителя 15, с помощью которого можно изменять коэффициент его усиления. При этом вывод вход/выход каскада приема/передачи сигнала по каналу связи 18 подключен к линии связи с интерфейсом RS-485.
Выходы управления У1, У2.... Уn контроллера 17 соединены с соответствующими входами управления У1 У2.... Уn выключателей 7. Выходы управления Уn+1, Уn+2, Уn+3 контроллера 17 соединены с соответствующими входами управления Уn+1 Уn+2, Уn+3 высоковольтных выключателей 6.
Полезная модель работает следующим образом:
В исходном состоянии все высоковольтные выключатели 6 и выключатели 7 находятся в разомкнутом состоянии.
Устройство работает в двух режимах: в режиме калибровки и в режиме измерения.
В режиме калибровки при замыкании одного из выключателей 7 ток от первого вывода независимого источника напряжения постоянного тока 4 протекает через измерительный резистор 3, первый ограничительный резистор 2, второй ограничительный резистор 13, соответствующий калибровочный резистор 8, соответствующий выключатель 7, на второй вывод независимого источника напряжения постоянного тока 4.
Падение напряжения на измерительном резисторе 3 определяется величиной последовательно подключенных измерительного резистора 3, первого ограничительного резистора 2, второго ограничительного резистора 13 и калибровочного резистора 8, а также величиной напряжения на независимом источнике напряжения постоянного тока 4.
Входное сопротивление блока управления 9 значительно больше величины измерительного резистора 3, поэтому падение напряжения Uк1 на измерительном резисторе 3, равно:
где:
- Е - величина напряжения независимого источника напряжения постоянного тока 4;
- Rизм - величина сопротивления измерительного резистора 3;
- Rк1 - величина сопротивления первого подключенного калибровочного резистора 8;
- Rогр1 - величина сопротивления первого ограничительного резистора 2;
- Rогр2 - величина сопротивления второго ограничительного резистора 13.
При отключении первого калибровочного резистора RК1 и подключении второго калибровочного резистора RК2 падение напряжения Uк2 на измерительном резисторе 3 равно:
где
- Е - величина напряжения независимого источника напряжения постоянного тока 4;
- Rизм - величина сопротивления измерительного резистора 3;
- Rк2 - величина сопротивления второго подключенного калибровочного резистора 8;
- Rогр1 - величина сопротивления первого ограничительного резистора 2;
- Rогр2 - величина сопротивления второго ограничительного резистора 13.
В режиме измерения все выключатели 7 находятся в разомкнутом состоянии.
По команде с блока управления 9 замыкается один из высоковольтных выключателей 6. При этом ток от первого вывода независимого источника напряжения постоянного тока 4 протекает через измерительный резистор 3, первый ограничительный резистор 2, эквивалентные сопротивления изоляции 11, соответствующий защитный резистор 14, соответствующий высоковольтный выключатель 6 на второй вывод независимого источника напряжения постоянного тока 4.
Падение напряжения Uи на измерительном резисторе 3 равно:
где
- Е - величина напряжения независимого источника напряжения постоянного тока 4;
- Rизм - величина сопротивления измерительного резистора 3;
- Rэкв, - эквивалентное сопротивление изоляции 11 электрической сети 12, равное величине параллельного соединения резисторов 11;
- Rогр1 - величина сопротивления первого ограничительного резистора 2;
- Rзащ -величина сопротивления соответствующего защитного резистора 14.
Величина сопротивления защитных резисторов 14 равна величине сопротивления второго ограничительного резистора 13, т.е. Rогр2=Rзащ.
Величину сопротивления изоляции при калибровке по двум калибровочным резисторам К1 и К2 можно определить следующим образом:
Rэкв=Rк1*Uк1/Uи+(Rк2-Rк1*Uк1/Uк2)*(Uк1/Uи-1)/(Uк1/Uк2-1), где
- Rк1 - величина сопротивления первого подключенного калибровочного резистора 8;
- Uк1 - падение напряжения на измерительном резисторе 3 (в режиме калибровки при измерении сопротивления подключенного первого калибровочного резистора 8 (Rк1);
- Uи - падение напряжения на измерительном резисторе 3 (в режиме измерения);
- Rк2 - величина сопротивления подключенного второго калибровочного резистора 8 (Rк2);
- Uк2 - падение напряжения на измерительном резисторе 3 (в режиме калибровки при измерении сопротивления подключенного второго калибровочного резистора 8 (Rк2).
Как видно из этого выражения, величина эквивалентного измеренного сопротивления изоляции не зависит ни от величины напряжения независимого источника напряжения постоянного тока 4, ни от величины первого ограничительного резистора 2 или измерительного резистора 3, что повышает надежность измерения эквивалентного сопротивления изоляции.
На краях поддиапазона измерения, определяемых величиной калибровочных резисторов 8, ошибка измерения, возникающая за счет нелинейности коэффициента преобразования блока управления 9 и нестабильности измерения напряжения независимого источника напряжения постоянного тока 4, отсутствует. Внутри поддиапазона измерения ошибка измерения сопротивления изоляции будет незначительно зависеть от ширины диапазона, лежащего между двумя калибровочными резисторами 8, за счет нелинейности коэффициента передачи блока управления 9. Ошибка измерения сопротивления изоляции за счет погрешности калибровочных резисторов 8, второго ограничительного резистора 13 и защитных резисторов 14 будет определяться допуском на их изготовление. Можно показать, что при равных допусках на калибровочные резисторы 8 ошибка измерения, примерно, будет равна допуску на изготовление одного калибровочного резистора 8, что уменьшает погрешность измерения сопротивления.
Использование защитных резисторов 14 позволяет исключить токи короткого замыкания большой величины в случае не размыкания одного из высоковольтных выключателей 6 при отработке программы функционирования прибора или выхода цепи управления высоковольтным выключателем 6 из строя. Измерение величины сопротивления изоляции каждой фазы производится при отключенной линии питания от источника напряжения переменного тока по тому же алгоритму. При этом схема измерения сопротивления изоляции через высоковольтные выключатели последовательно подключается к каждой фазе, что позволяет измерить сопротивление изоляции по каждой фазе отдельно до подачи напряжения в сеть, что расширяет функциональные возможности устройства, а при измерении пониженных сопротивлений изоляции позволяет повысить точность.
Блок управления 9 работает следующим образом:
Падение напряжения на измерительном резисторе 3 поступает на входы усилителя 15, коэффициент усиления которого может изменяться по команде контроллера 17. С выхода усилителя 15 сигнал поступает на вход каскада гальванической развязки 16, с выхода которого поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя контроллера 17, где преобразуется в цифровой код. Контроллер 17 производит вычисление сопротивления изоляции и через каскад приема/передачи сигнала по каналам связи 18 может передавать эти значения для дальнейшего использования. Сигналы У1 - Уn+3 с выхода контроллера 17 управляют состоянием высоковольтных выключателей 6 и выключателей 7.
Наличие m высоковольтных выключателей 6 и n калибровочных резисторов 8 позволяет перед процессом контроля величины сопротивления прокалибровать канал измерения по высокоточным резисторам, тем самым позволяет измерять величину сопротивления изоляции с погрешностью 1-2%, а наличие второго фильтрующего конденсатора 10 уменьшает нестабильность напряжения на выводах независимого источника напряжения постоянного тока 4, что снижает погрешность измерения сопротивления изоляции и повышает точность измерения величины сопротивления изоляции.
Таким образом, использование предложенного технического решения для непрерывного контроля параметров изоляции сети питания с изолированной нейтралью относительно «земли» за счет использования высоковольтных выключателей, защитных резисторов и дополнительного ограничительного резистора позволяет повысить надежность измерения эквивалентного сопротивления изоляции, уменьшить погрешность измерения сопротивления, повысить точность измерения величины сопротивления изоляции и расширить функциональные возможности устройства.

Claims (1)

  1. Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее корпус, включающий ограничительный резистор, измерительный резистор, независимый источник напряжения постоянного тока, первый и второй фильтрующие конденсаторы, n выключателей, n калибровочных резисторов и блок управления; при этом первый вывод ограничительного резистора соединен с первым выводом первого фильтрующего конденсатора, первым выводом измерительного резистора и первым выводом блока управления, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого фильтрующего конденсатора, вторым выводом измерительного резистора, первым выводом независимого источника напряжения постоянного тока и первым выводом второго фильтрующего конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока; первые выводы n выключателей объединены, а вторые выводы соединены с первыми выводами n калибровочных резисторов, вторые выводы которых объединены; входы управления n выключателей соединены с соответствующими выходами блока управления, отличающееся тем, что дополнительно введены m высоковольтных выключателей, m защитных резисторов и дополнительный ограничительный резистор; при этом первый вывод дополнительного ограничительного резистора соединен со вторым выводом ограничительного резистора, а второй вывод соединен с объединенными вторыми выводами n калибровочных резисторов; первые выводы m высоковольтных выключателей объединены и соединены со вторым выводом независимого источника напряжения постоянного тока и объединенными первыми выводами n выключателей, а вторые выводы соединены с первыми выводами m защитных резисторов, вторые выводы которых через соответствующие фазы электрической сети и соответствующие эквивалентные сопротивления изоляции через зажим, относительно которого производится измерение сопротивление изоляции, соединены с выводами ограничительных резисторов; входы управления m высоковольтных выключателей соединены с соответствующими выходами блока управления.
RU2024101483U 2024-01-22 Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью RU224488U1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU224488U1 true RU224488U1 (ru) 2024-03-27

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU390619A1 (ru) * 1970-07-01 1973-07-11 Д. И. Герценштейн, В. В. Глушко, Г. Д. Агрест , В. В. Халимов Коммунарский горнометаллургический институт
SU1762276A1 (ru) * 1991-01-28 1992-09-15 Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии Устройство избирательного контрол сопротивлени изол ции
DE69015435T2 (de) * 1989-05-19 1995-07-13 Merlin Gerin Numerischer Isolationsprüfer für ein elektrisches Netz.
RU166017U1 (ru) * 2016-02-11 2016-11-10 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU390619A1 (ru) * 1970-07-01 1973-07-11 Д. И. Герценштейн, В. В. Глушко, Г. Д. Агрест , В. В. Халимов Коммунарский горнометаллургический институт
DE69015435T2 (de) * 1989-05-19 1995-07-13 Merlin Gerin Numerischer Isolationsprüfer für ein elektrisches Netz.
SU1762276A1 (ru) * 1991-01-28 1992-09-15 Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии Устройство избирательного контрол сопротивлени изол ции
RU166017U1 (ru) * 2016-02-11 2016-11-10 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8373408B2 (en) High precision algorithmically assisted voltage divider with fault detection
CN107395172B (zh) 模拟开关电路和逆变电阻焊机次级电流检测系统
CN112904260B (zh) 一种直流分压器两级校准方法
EP2273277B1 (en) Internal self-check resistance bridge and method
US20060232264A1 (en) Method and device for measuring voltage
US4329641A (en) Analog-to-digital tester
KR100624365B1 (ko) 축전지셀 단자전압 및 내부 임피던스 측정 회로
RU224488U1 (ru) Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью
CN114156982A (zh) Bms系统零点漂移补偿电路及方法
CA2168159C (en) Electrical apparatus with wide dynamic range for monitoring and protecting electric power systems
CN116908588A (zh) 一种火工品电磁阀高可靠测试装置
CN210982710U (zh) 分压电路参数的检测电路及电能计量芯片
RU166017U1 (ru) Устройство измерения сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью
EP0666646A2 (en) Differential voltage monitor
Bouabana et al. Development of a low cost universal sensor for an accurate measurement of current, voltage and temperature
EP4401319A1 (en) Electrical circuit of signal conditioning and measurement device
JPH09211033A (ja) 電圧検出回路
RU2425388C1 (ru) Измеритель электрического сопротивления изоляции
CN113904684B (zh) 一种测量adc的电阻网络电路
US20210210980A1 (en) Switched mode power supplies with configurable communication addresses
EP4019984B1 (en) Temperature compensation circuit in a voltage measurement
US11067609B2 (en) Method of measuring output current through resistance compensation and conversion circuit thereof
CN220650862U (zh) 针对检流放大器的电流校准电路
EP4439093A1 (en) A fault monitoring device for a power system
RU2047181C1 (ru) Устройство для измерения тока